Cases
复合材料的制备及其1500℃耐水氧腐蚀性能
2026-03-13
DOI：10.1016/j.jmrt.2023.04.150
西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室成来飞教授团队在期刊《journal of materials research and technology》上发表了题为“Fabrication of SiCw/SiCeSieY composites and their resistance to water-oxygen corrosion at 1500℃”的论文。主要研究了SiC基复合材料在1500℃高温水氧环境下的耐腐蚀性能。
随着航空航天的发展，航空发动机热端部件材料需要再高温和高速水氧环境下仍保持优异的力学性能和耐腐蚀性，而传统的镍基合金无法满足苛刻的高温要求。开发一种新型Y改性SiC基复合材料SiCw/SiC -Si-Y，以提升其在1500℃高温水氧环境下的耐腐蚀性。
1.SiCw/SiC -Si-Y：Y改性SiC基体复合材料
2.对照组：SiCw/SiC (未改性)
水氧实验：
在1500℃高温下，30 vol% H2O + 20 vol% O2 + 50vol% Ar的气体混合物，流速是50 mL/min。实验时间分别是1，5，10，25，50，100h。将五个试样缓慢推入炉心，总的腐蚀时间为20h，分别在腐蚀 1h、5h、10h和20h后取出所有试样并进行称重。根据公式计算质量变化量 △m。
1.未改性SiCw/SiC：在高温水氧环境中，SiC氧化生成SiO2，进一步与水反应生成挥发性Si(OH)4，导致质量损失孔隙增加，力学性能下降
2.Y改性SiCw/SiC-Si-Y：基体中YSi2在腐蚀环境中原位氧化生成Y2SiO5致密保护层。一直SiO2挥发，减少质量损失，腐蚀后强度、韧性不降反升。
腐蚀前：弯曲强度363MPa，断裂韧性9.14MPa·m1/2
腐蚀后：弯曲强度保留率106.1%，断裂韧性保留率103.6%
对照组(未改性SiCw/SiC)：强度保留率仅76.9%，断裂韧性保留率76.8%，孔隙率显著增加，耐腐蚀性差。
SiCw/SiC-Si-Y的腐蚀深度约为30 μm
SiCw/SiC的腐蚀深度约为170 μm
开发了一种具有优异高温力学性能和耐水氧腐蚀性能的SiCw/SiC-Si-Y复合材料，Y改性SiC基体通过原位形成Y2SiO5保护层，腐蚀后材料的强度和韧性不降反升，显著提升了材料在1500℃高温水氧环境下的耐腐蚀性。
高温静态水氧腐蚀设备利用实验室测试方法,准确模拟涡轮发动机工作环境的高温、高水蒸气分压和水蒸气速度，针对材料的热腐蚀、水蒸气氧化腐蚀进行循环测试，以正确评估材料的热化学稳定性。该设备由进气控制系统、进液控制系统、均匀汽化装置、伴热管路及加热反应器等部分组成。主要适用于高温热障涂层、复合材料，合金等领域。
设备特点：
·◆ 精准控制进液量
·◆ 液态水的均匀汽化和气体混合
·◆ 载气多量程可选：300ml/1000ml/3000ml（静态）
·◆ 最高温度可选：1200℃/1600℃
·◆ 可预设多组工艺，每组50段程序控制
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