Cases
復(fù)合材料的制備及其1500℃耐水氧腐蝕性能
2026-03-13
DOI：10.1016/j.jmrt.2023.04.150
西北工業(yè)大學(xué)超高溫結(jié)構(gòu)復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成來(lái)飛教授團(tuán)隊(duì)在期刊《journal of materials research and technology》上發(fā)表了題為“Fabrication of SiCw/SiCeSieY composites and their?resistance to water-oxygen corrosion at 1500℃”的論文。主要研究了SiC基復(fù)合材料在1500℃高溫水氧環(huán)境下的耐腐蝕性能。
隨著航空航天的發(fā)展，航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件材料需要再高溫和高速水氧環(huán)境下仍保持優(yōu)異的力學(xué)性能和耐腐蝕性，而傳統(tǒng)的鎳基合金無(wú)法滿足苛刻的高溫要求。開發(fā)一種新型Y改性SiC基復(fù)合材料SiCw/SiC -Si-Y，以提升其在1500℃高溫水氧環(huán)境下的耐腐蝕性。
1.SiCw/SiC -Si-Y：Y改性SiC基體復(fù)合材料
2.對(duì)照組：SiCw/SiC (未改性)
水氧實(shí)驗(yàn)：?
在1500℃高溫下，30 vol% H2O + 20 vol% O2?+ 50vol% Ar的氣體混合物，流速是50 mL/min。實(shí)驗(yàn)時(shí)間分別是1，5，10，25，50，100h。將五個(gè)試樣緩慢推入爐心，總的腐蝕時(shí)間為20h，分別在腐蝕?1h、5h、10h和20h后取出所有試樣并進(jìn)行稱重。根據(jù)公式計(jì)算質(zhì)量變化量 △m。
1.未改性SiCw/SiC：在高溫水氧環(huán)境中，SiC氧化生成SiO2，進(jìn)一步與水反應(yīng)生成揮發(fā)性Si(OH)4，導(dǎo)致質(zhì)量損失孔隙增加，力學(xué)性能下降
2.Y改性SiCw/SiC-Si-Y：基體中YSi2在腐蝕環(huán)境中原位氧化生成Y2SiO5致密保護(hù)層。一直SiO2揮發(fā)，減少質(zhì)量損失，腐蝕后強(qiáng)度、韌性不降反升。
腐蝕前：彎曲強(qiáng)度363MPa，斷裂韌性9.14MPa·m1/2
腐蝕后：彎曲強(qiáng)度保留率106.1%，斷裂韌性保留率103.6%
對(duì)照組(未改性SiCw/SiC)：強(qiáng)度保留率僅76.9%，斷裂韌性保留率76.8%，孔隙率顯著增加，耐腐蝕性差。
SiCw/SiC-Si-Y的腐蝕深度約為30 μm
SiCw/SiC的腐蝕深度約為170 μm
開發(fā)了一種具有優(yōu)異高溫力學(xué)性能和耐水氧腐蝕性能的SiCw/SiC-Si-Y復(fù)合材料，Y改性SiC基體通過(guò)原位形成Y2SiO5保護(hù)層，腐蝕后材料的強(qiáng)度和韌性不降反升，顯著提升了材料在1500℃高溫水氧環(huán)境下的耐腐蝕性。
高溫靜態(tài)水氧腐蝕設(shè)備利用實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法,準(zhǔn)確模擬渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境的高溫、高水蒸氣分壓和水蒸氣速度，針對(duì)材料的熱腐蝕、水蒸氣氧化腐蝕進(jìn)行循環(huán)測(cè)試，以正確評(píng)估材料的熱化學(xué)穩(wěn)定性。該設(shè)備由進(jìn)氣控制系統(tǒng)、進(jìn)液控制系統(tǒng)、均勻汽化裝置、伴熱管路及加熱反應(yīng)器等部分組成。主要適用于高溫?zé)嵴贤繉印?fù)合材料，合金等領(lǐng)域。
設(shè)備特點(diǎn)：
·◆ 精準(zhǔn)控制進(jìn)液量
·◆ 液態(tài)水的均勻汽化和氣體混合
·◆ 載氣多量程可選：300ml/1000ml/3000ml（靜態(tài)）
·◆ 最高溫度可選：1200℃/1600℃
·◆ 可預(yù)設(shè)多組工藝，每組50段程序控制
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