Sulfidation behaviour of nickel aluminides

Abstract

The sulfidation behaviour of four nickel aluminium alloys containing 25 to 45 at.% A1 was studied over the temperature range of 750 to 950°C in a gas mixture of Hz-HzS (0.1 to 10 vol.?'~). The sulfidation kinetics were determined using a continous weight gain system. The corrosion products were examined by SEM, EDX and XRD.Sulfidation in Hz-H2S gas mixtures formed bilayered scales consisting of an outer layer of Ni3S2 and an inner layer of NiA13,&5 on all alloys regardless of the different aluminium contents. In H2-H2S gas mixtures the sulfidation kinetic generally followed the parabolic rate law for all alloys. The influence of aluminium content on corrosion rate was relatively low.The influence of low oxygen partial pressure on sulfidation was investigated in H2-H2S-H20 mixtures. In these atmospheres the corrosion mechanism is completely different. Severe attack by rapid internal oxidation destroyed all the alloys except Ni25A1(25 at.%Al). The internal oxidation zone consisted of a mixture of y-Ni3Al and AlZO3. On the alloys containing 36 and 45 at.% A1 local attack occurred, fast growing pocks were observed after an incubation period.Nickel aluminides show this corrosion phenomena only in Hz-H2S-Hz0 mixtures. An interruption of the H2S gas flow stops the running internal oxidation. In flowing Hz-H20 atmospheres no internal oxidation was observed. These facts prove that HzS is necessary for starting and maintaining the internal oxidation of the nickel aluminides.Das Sulfidierungsverhalten von Nickelaluminiden mit Aluminiumgehalten zwischen 25 und 35 At.% wurde in H2-H2S Gasgemischen durch kontinuierliche Registrierung der Massenanderung mit einer Thermowaage untersucht. Im Temperaturbereich von 750-950°C wurde dabei der HzS Gehalt zwischen 0,l und 10 Vol.% variiert. Die Morphologie der Korrosionsprodukte wurde im Rasterelektronenmikroskop (REM), die chemische Zusammensetzung mit EDX und Rontgendiffraktometrie (XRD) bestimmt.Bei der Sulfidierung in Hz-H2S Gasgemischen entstanden auf allen untersuchten Nickelaluminiden eine aufiere Ni3S2-Schicht und eine innere Mischsulfidschicht der Zusammensetzung NiA13,jSj,j. Die Schichtbildung folgte annahrend einer parabolischen Kinetik. Die Sulfidierungsgeschwindigkeit wurde nur gering vom Aluminiumgehalt beeinflufit.Der Einflufi niedriger Sauerstoffpartialdriicke auf die Sulfidierung wurde in H2-HzS-H20 Atmospharen untersucht. In diesen Atmospharen veranderte sich der Korrosionsangriff vollig. Alle Legierungen aufier Ni25A1(25 At.% Al) wurden durch eine rasche innere Oxidation zerstort. Als Reaktionsprodukt blieb ein Konglomerat auf y'-Ni,Al und A1203 zuruck. Nach der Anfangsphase des Korrosionsangriffes wurden auf den Aluminiden rnit 36 und 45 At.% A1 lokale, pockenartige Angriffe beobachtet, die rnit zunehmender Reaktionsdauer sehr schnell wuchsen.Diese Form des Korrosionsangriffes trat ausschliefllich in Hz-HzS-HzO Atmospharen auf. Weiterhin wurde beobachtet, daB ein Entfernen des HzS aus der Versuchsatmosphare zum Stillstand der bereits laufenden inneren Oxidation fuhr...

Reaction morphologies developed by nickel aluminides in type II hot corrosion conditions: The effect of chromium

“…The reaction of NiAl with Na2SO4 in O2-0.1SO2 resulted in the local development of biconeshaped nodules of internal Al2O3 ( Figure 5). Such nodules were reported by previous investigators after oxidation of β-NiAl alloys in quartz ampoules in the presence of buffer metal-oxide mixtures (Cu-CuO2, Ni-NiO, …) in the temperature range 500-1000 °C [33], or in H2-H2S-H2O gas mixtures at 900 °C [34]. In both cases the inability of the alloy to maintain a protective Al2O3 scale was attributed to the reaction of Al with S [35], although the underlying mechanism was not discussed in detail.…”

On the Reaction Mechanism of MCrAlY Alloys with Oxide–Sulfate Deposits at 1100 °C

“…Alumina is generally believed to be a good barrier to secondary oxidants, more effective than Cr 2 O 3 in particular [9], and reports of sulfidation below apparently compact Al 2 O 3 scales are not frequent. Cases of Al 2 O 3 permeation by S were reported on β-NiAl [65][66][67][68], where it led to the fast growth of porous Al 2 O 3 nodules. Similar nodules were observed in cases where the S was present in the metal before oxidation [69,70]; the widespread porosity was then attributed to SO 2 evolution.…”