摘要：针对超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO_(2))布雷顿循环发电系统中高温部件合金材料的腐蚀问题,为进一步研究不同种类合金的抗腐蚀性能,该文选取镍基合金GH 3128和马氏体合金AISI 616,研究其在550℃、20MPa的S-CO_(2)环境下的腐蚀行为(最高900h),并利用四点应力装置研究应力加载对合金腐蚀行为的影响。使用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、X射线光电子能谱技术(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)等表征方法对实验后样品的微观形貌、氧化物的物相以及氧化膜厚度进行分析。结果表明:镍基合金GH 3128生成单层的Cr2O3氧化膜;而马氏体合金AISI 616生成双层氧化膜结构,外层主要是Fe3O4,内层是富Fe、Cr氧化物。随着腐蚀时间增长,两者氧化膜厚度都有所增长,但GH 3128最终厚度远小于AISI 616,并且渗碳量也较小,而AISI 616有明显的渗碳现象。应力加载能够加快合金的腐蚀速率,增大其氧化膜的厚度,促进渗碳,还会改变其腐蚀产物的结构。并且,应力的加载对于AISI 616的影响远高于GH 3128。镍基合金GH 3128对于氧化、渗碳和应力腐蚀的抗性均高于马氏体合金AISI 616,更推荐GH 3128应用于550℃,20MPa的S-CO_(2)布雷顿循环发电系统。

摘要：超临界CO_(2)布雷顿循环具有循环效率高、体积小等优点,实际应用中循环系统部件面临因焊接及叶片自身旋转等拉应力的存在而加重腐蚀的问题,因此探明部件材料腐蚀行为是其在工程领域中应用的前提条件之一。搭建了超临界CO_(2)布雷顿循环实验台,模拟实际应用工况,并添加四点应力装置为样件施加载荷。研究了奥氏体钢SP2215和马氏体钢X19CrMoNbVN11-1(简称X19)在20 MPa/550℃的CO_(2)环境中未加载和加载应力下的腐蚀行为(900 h)。利用X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜及X射线能谱对两种材料腐蚀产物的形貌和成分进行了分析,并对材料的腐蚀行为进行了对比,结果发现:SP2215样件的氧化物主要为Cr_(2)O_(3)和Fe_(3)O_(4),但应力加载样件表面Fe_(3)O_(4)信号更强烈。应力加载加剧了样件的腐蚀,增加了氧化膜厚度,使样件表面发生了严重的氧化层脱落。未加载的X19表面出现了单质碳,生成的氧化物为Fe_(3)O_(4)与FeCr_(2)O_(4),且可能存在分层现象。SP2215抗腐蚀能力优于X19,实验中并未出现明显的渗碳腐蚀现象。研究可为超临界CO_(2)布雷顿循环工程应用选材提供参考。