超临界二氧化碳（s CO2）布雷顿循环具有设备尺寸小,材料成本低、循环效率高的优点,可用于燃煤电站、光热电站、核能发电等领域。热端设备材料性能是限制系统参数提高的主要因素,因此,研究二氧化碳及杂质成分对金属材料腐蚀行为的影响非常重要。本文搭建了超临界二氧化碳腐蚀试验平台,在550℃和15 MPa的二氧化碳环境中研究100 ppm的氧气、二氧化硫和硫化氢对T91、310S和Inconel 625腐蚀行为的影响,采用称重、XRD、SEM和EDS对腐蚀产物的增重、表面和截面形貌组成进行研究,进而探究腐蚀机理。腐蚀后称重结果显示:T91、310S和Inconel 625在高纯二氧化碳环境中单位面积腐蚀增重分别为3、0.059和0.032 mg/cm-2,耐腐蚀性能逐渐增强。100 ppm的氧气、二氧化硫和硫化氢都会加剧金属材料的腐蚀;其中硫化氢的影响最大,会导致T91、310S和Inconel 625的腐蚀增重分别扩大至高纯二氧化碳环境下的4.88、10.4和66倍。通过截面腐蚀产物表征发现:T91腐蚀产物为双层结构,内层为Fe Cr2O4,外层为铁的氧化物;加入二氧化硫或硫化氢后内外层都会有Fe S产生。310S腐蚀产物为Cr2O3,是单层结构,表面存在结核现象;掺杂氧气时结核会消失;掺杂二氧化硫或硫化氢后,腐蚀产物中出现铁的硫化物,且含量较高。Inconel 625在高纯二氧化碳或掺杂氧气环境下,腐蚀产物与310S相同,但加入二氧化硫或硫化氢后,腐蚀产物变为双层结构,内层为Cr2O3和Mo S2,外层为Mo S2和Ni S。对材料腐蚀机理分析表明,3种材料的腐蚀增重均符合抛物线腐蚀规律,腐蚀行为受离子迁移控制,阴阳离子通过腐蚀产物晶格间的空位实现迁移过程。铬元素含量对材料腐蚀影响巨大,T91、310S和Inconel 625三种合金钢形成连续Cr2O3层所需铬元素临界含量分别为10.3%、5.8%和6.18%,但T91中铬元素含量仅为8.22%,无法形成连续的Cr2O3保护层,耐腐蚀性能较弱。通过吉布斯自由能变化量发现:氧气和二氧化硫与铬元素的亲和力较强,优先与铬元素反应,产生的S2与铁元素反应生成Fe S;硫化氢与铁、钼、镍元素的亲和力较强,所以T91和310S中产生铁的硫化物,Inconel 625中产生Mo S2和Ni S。不同腐蚀产物中离子扩散速率不同,Fe S晶格中铁元素空位较多,离子迁移速率加快,材料的耐腐蚀性能减弱;镍的硫化物晶体结构较大,腐蚀产物中存在空腔,加速气体穿越腐蚀层,导致腐蚀加剧。