航空发动机叶片工作于高温、含硫燃气环境，易因高温硫化腐蚀导致性能退化，直接影响发动机可靠性与寿命。高温硫化腐蚀试验是评估叶片材料抗硫化性能的核心手段，而标准化的试验流程是确保结果准确性、可比性的关键。本文围绕航空发动机叶片材料高温硫化腐蚀试验的执行标准，从试验目的、核心标准、装置要求、介质选择等方面展开详细说明。

高温硫化腐蚀试验的定义与试验目的

高温硫化腐蚀试验是模拟航空发动机叶片服役时的高温含硫环境，通过人为引入硫源与高温条件，加速材料表面硫化反应，评估材料抗硫化腐蚀性能的试验方法。其核心是还原叶片在实际工作中遇到的“高温+含硫燃气”耦合环境，如燃烧室出口、涡轮叶片区域的600℃~1200℃温度与对应硫分压条件。

试验目的主要有三方面：

一、评估候选叶片材料（如高温合金、陶瓷基复合材料）在特定硫化环境下的耐腐蚀能力，为材料选型提供数据。

二、对比不同材料或涂层的抗硫化性能差异，指导材料改进。

三、验证材料长期服役的硫化腐蚀寿命，保障发动机安全运行。

试验目的需与叶片具体服役场景匹配——例如高压涡轮叶片工作温度＞1000℃，试验温度需对应调整；低压涡轮叶片硫分压更低，试验介质硫含量需相应降低，确保试验的针对性。

高温硫化腐蚀试验的核心执行标准

国内外针对航空叶片材料高温硫化腐蚀的标准可分为三类：通用高温腐蚀标准、航空行业专用标准、主机厂自定义标准。国内最常用的是GB/T 1954-2008《金属和合金的腐蚀 高温腐蚀试验方法》（通用基础）与HB 5258-1995《航空用高温合金高温硫化腐蚀试验方法》（航空专用，明确试验装置、介质等细节）；国外权威标准包括SAE AMS 2807E《高温合金抗硫化性能试验》（航空领域专用，规定H₂S/H₂混合气体、700℃~1100℃温度范围）、ASTM G81-03《炉内循环氧化试验规程》（附录含硫化试验指导）、ISO 11139:2010《高温腐蚀性气体试验指南》（通用框架）。

航空企业通常优先遵循主机厂规范（如GE的GE-HB-10001、罗罗的RR-ES-0005），这些标准基于行业标准细化，更贴合具体发动机型号的服役要求。

试验装置的标准要求

试验装置需满足温度控制、气体稳定、安全防护等标准要求。加热系统采用电阻炉或感应炉，温度控制精度±5℃，试样区域温度偏差≤10℃（HB 5258-1995）；气体供应系统需含硫源存储（H₂S钢瓶、固态硫蒸发装置）、载气（H₂/Ar）混合装置、流量控制器（精度±2%），确保硫分压与流量稳定（如SAE AMS 2807E要求H₂S/H₂流量100~500mL/min）；试样支架需用刚玉、莫来石或高牌号高温合金（GH4169），避免与试样反应；尾气处理需设NaOH溶液吸收装置，防止H₂S泄漏。

部分标准（如ISO 11139:2010）要求装置具备在线监测功能，实时测量炉内温度、气体成分（气相色谱），确保试验可追溯。

试验介质的选择与标准规定

试验介质为“硫源+载气”组合，需模拟叶片服役环境的硫形态与浓度。常见硫源包括气态H₂S（最常用，ASTM G81-03推荐）、固态硫（加热蒸发产生S₂，适用于高温场景）、液态CS₂（汽化后引入）；载气根据环境选择：还原性环境用H₂，中性环境用Ar/N₂，部分标准（HB 5258-1995）允许加少量O₂（≤1%）模拟氧化-硫化耦合环境。

标准对介质参数的核心规定是硫分压（P_S）——需根据叶片服役环境计算，如某高压涡轮叶片硫分压10⁻¹Pa，试验中可调整H₂S/H₂比例（如H₂S占5%、H₂占95%，总压1atm时P_S≈5×10⁻²Pa）；氧分压（若存在）需控制在10⁻¹⁰~10⁻⁵Pa，避免过度氧化掩盖硫化反应。介质纯度需达标：H₂S≥99.9%、载气≥99.99%（SAE AMS 2807E），防止杂质干扰。

试样的制备与安装要求

试样制备需确保可比性：尺寸推荐10mm×10mm×2mm或Φ10mm×2mm小试样（HB 5258-1995），便于减少温度梯度；形状以平板最常用，若模拟叶片曲面可采用同形状试样（需提前核对标准）；表面状态需匹配叶片实际加工状态——抛光叶片试样需抛至Ra≤0.8μm，喷砂叶片需用相同工艺（石英砂、0.2MPa压力），标准（ISO 11139:2010）要求记录表面粗糙度。

安装时需垂直或倾斜放置（避免腐蚀产物堆积），与支架点接触（减少电偶腐蚀），多个试样间距≥5mm（ASTM G81-03），防止相互影响。

试验过程的操作规范

试验操作需严格遵循标准步骤：升温速率5~10℃/min（HB 5258-1995），升温前通载气吹扫炉内空气≥30min（防氧化）；达到目标温度后通入硫源气体并计时（试验时间指通硫源后的保温时间）；保温时每小时记录温度与流量，偏差超±5%需调整；试验结束后先通载气吹扫硫源≥30min，再以5~10℃/min降温至室温（禁止直接开炉门）。

腐蚀产物的分析方法与标准要求

腐蚀产物分析需用标准指定方法：表面形貌用SEM（放大≥500倍，ASTM G81-03），成分用EDS（检测限≤0.1%）或XPS（表面薄层），厚度用金相显微镜（截面测5点平均值，HB 5258-1995）或涡流测厚仪，相结构用XRD（扫描2θ=10°~90°，识别FeS、Ni₃S₂等相）。

分析结果需含定量数据：腐蚀速率（mm/year，计算方式为腐蚀层厚度×2/试验时间）、腐蚀产物元素质量分数、相结构相对含量；部分标准（SAE AMS 2807E）要求绘制腐蚀速率随时间变化曲线，评估腐蚀阶段（初始快速期、后续稳定期）。

试验结果的评价指标与标准定义

结果评价需基于标准指标：1、腐蚀速率（CR）——最核心指标，单位mm/year或mg/cm²·h，如某企业标准要求高温合金1000℃、100h试验的CR≤0.05mm/year。

2、腐蚀层完整性——SEM观察无大面积剥落（剥落面积≤5%，HB 5258-1995）、无裂纹。

3、基体损伤——金相观察无沿晶界硫渗透或内部裂纹。

4、失重/增重——用精密天平（精度≥0.1mg）测量，部分材料（如陶瓷基复合材料）需以此评估腐蚀程度。

这些指标确保结果客观可比，为叶片材料选型、改进提供明确依据。