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    抗熔鹽腐蝕涂層的研究進展

    更新日期:2017-10-09
    摘要:

    抗熔鹽腐蝕涂層因為其自身的優勢,因而被廣泛運用,那么抗熔鹽腐蝕涂層的研究進展是怎樣的呢?接下來一起了解一下!

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    抗熔鹽腐蝕涂層因為其自身的優勢,因而被廣泛運用,那么抗熔鹽腐蝕涂層的研究進展是怎樣的呢?接下來一起了解一下!

     

    氟化物熔鹽具有低熔點、高沸點、高熱容、低蒸氣壓、高熱導率、低粘度以及杰出的化學穩定性等一系列長處,其作為一種新型的傳熱或蓄熱介質可用作反響堆冷卻劑,以及可用在高溫制氫、太陽能傳蓄熱和燃料電池等動力范疇。但是,高溫氟鹽具有腐蝕性,與氟鹽觸摸的資料的腐蝕約束了氟鹽的廣泛使用。

     

    鎳是元素周期表中28號元素,具有面心立方結構(fcc),從室溫到高溫沒有同素異構改變,是一種十分杰出的基體金屬。一起,因為Ni原子的第三電子殼層根本上被填滿,它能夠溶解比較多的改性元素進行合金化,而依然堅持γ奧氏體相的穩定性。在不同的高溫環境中,Ni 基高溫合金使用最為廣泛。

     

    鎳基合金是以金屬鎳為基體,依據不同的使用參加相應的合金元素以改進合金的各項功能。依據鎳基合金較好的力學功能和加工功能,以及優異的耐熔鹽腐蝕性,鎳基合金被廣泛的用于各種高溫熔鹽環境,鎳基高溫合金現已被作為熔鹽反響堆的首要的候選結構資料。

     

    近年來,跟著對熔鹽堆的研討不斷升溫,以及氟化鹽在動力范疇的潛在的使用價值,國際許多研討機構也對高溫鎳基合金在熔鹽環境進行了很多的腐蝕研討,經過調研,把近年來簡直一切鎳基高溫合金熔鹽腐蝕試驗總結。從以下幾方面概括總結鎳基合金在熔鹽環境中腐蝕規則特色:金屬元素的腐蝕次序、雜質對腐蝕的影響、時刻和溫度對腐蝕的影響、合金中Cr含量對腐蝕的影響以及Cr在熔鹽中的腐蝕產品等。

     

    1、不同金屬元素的腐蝕次序

     

    在高溫熔鹽環境中,生動元素容易被挑選性優先腐蝕。美國國家航空與國際航天局(NASA)的研標明,在高溫氟化鹽中,一些常見的金屬元素的被腐蝕的難易程度按以下次序由易到難:AlNASA給出的元素在熔鹽中的腐蝕難易次序與金屬氟化物的吉布斯構成能共同。Ni基高溫合金中,為進步合金的抗高溫氧化功能,一般參加一定量的金屬元素Cr,以便在合金外表構成防護功能好的 Cr2O3為主的氧化膜,進步鎳基高溫合金的抗高溫氧化功能,鎳基高溫合金實際上是以Ni-Cr二元系為基的合金。但是,Cr的氧化膜在高溫熔鹽中不穩定,容易與熔鹽發作反響而被腐蝕溶解,從而起不到維護合金的效果。依據金屬元素的腐蝕次序可知,鎳基高溫合金在熔鹽環境中存在著Cr的挑選性腐蝕現象。

     

    2、水雜質對腐蝕的影響

     

    因為氟化鹽中有些組分具有極強的吸水性,如KF等,經過烘干等辦法很難徹底去除熔鹽中的水雜質。熔鹽中的水分,在高溫情況下熔鹽構成HF,HF是強酸能夠引起簡直一切金屬資料的腐蝕。Ouyang等人在不同水含量FLiNaK鹽中對Hastelloy N和Hastelloy B3兩種鎳基高溫合金進行腐蝕試驗。合金在含有3.19 wt.%水分的鹽中的腐蝕失重約為在 1.91 wt.%水分的鹽中的腐蝕失重的三倍。比較于含有分水的FLiNaK鹽,樣品在純凈的FLiNaK鹽中的腐蝕失重要小得多。綜上所述,熔鹽中的水雜質能夠加快鎳基合金的腐蝕。為削減資料的腐蝕,在腐蝕試驗或許熔鹽的使用過程中,應嚴格操控熔鹽中的水雜質的含量。

     

    3、時刻、溫度對腐蝕的影響

     

    鎳基高溫合金作為熔鹽堆候選結構資料,需要在不同溫度下長時刻運轉。研討鎳基合金在不同溫度熔鹽中腐蝕不一起間的規則特色是很有必要的。Ouyang等人研討了Hastelloy N和Hastelloy B3兩種鎳基高溫合金在不同溫度的FLiNaK鹽中腐蝕不一起間的規則特色。成果標明,跟著溫度的升高,合金的腐蝕加重;在相同的腐蝕溫度下,跟著合金在熔鹽中腐蝕時刻的延伸,合金腐蝕加重,腐蝕失重添加。Ouyang 經過腐蝕失重核算得出樣品的腐蝕速率。成果標明,樣品在前100小時腐蝕速率較大,跟著腐蝕時刻的延伸,樣品腐蝕速率逐步下降。

     

    ORNL對首要候選鎳基合金做過很多長時刻的腐蝕試驗,總結發現相同的腐蝕規則:合金前期腐蝕速率較快,跟著腐蝕時刻的延伸,后期腐蝕速率逐步減緩。合金在熔鹽前期腐蝕首要是雜質引起的,跟著腐蝕時刻的延伸,熔鹽中雜質的耗盡,腐蝕速率逐步變慢,后期首要受合金中元素的分散速率操控。因而,能夠經過分散系數來猜測樣品在熔鹽中長時刻腐蝕深度。DeVan等人經過元素示蹤法測試了Hastelloy N 合金中Cr的分散系數,使用菲克第二規則,能夠簡略的猜測Hastelloy N合金在熔鹽環境中執役30年后的元素散布。盡管知道合金腐蝕受熱分散機制操控,但合金在熔鹽中的腐蝕受界面觸摸狀況、合金缺點、腐蝕反響等影響,合金中元素的分散行為不能簡略的使用菲克規則進行猜測。鎳基合金在熔鹽環境中Cr的分散規則關于猜測合金的腐蝕具有重要的含義,但關于這方面的研討并不充沛,亟待進行深入研討。

     

    4、合金中Cr含量對腐蝕的影響

     

    鎳基高溫合金在熔鹽中的腐蝕首要是Cr的挑選性腐蝕,鎳基合金在熔鹽中的腐蝕行為特色受其Cr含量影響較大。Olson等人在 850℃的FLinaK鹽中對Hastelloy-X、Hastelloy-N、Ni-201、Incoloy-800H、Haynes-230和Inconel-617六種鎳基合金進行500小時的腐蝕試驗,成果顯現合金的腐蝕跟著合金中Cr含量的添加,腐蝕加重,腐蝕失重簡直與合金中Cr含量成線性關系。Ouyang等人對Hastelloy-B3、Hastelloy-N、Haynes-242、Haynes-263和TZM幾種合金進行高溫熔鹽腐蝕,發現在含有少數水雜質的熔鹽中腐蝕后,合金的腐蝕失重跟著合金中Cr含量的添加而添加,腐蝕失重與樣品中(Cr+1/3Mo wt.%)成線性關系。Sona等人和Min Liu等人經過不同鎳基合金的腐蝕試驗,也發現跟著合金Cr含量的添加,合金腐蝕加重。

     

    探究不同Cr含量的鎳基合金的腐蝕特色對研討,對熔鹽堆結構資料的挑選及研制有重要的含義。但關于不同Cr含量的鎳基合金在熔鹽中的腐蝕規則,數據比較少并且不行體系,還有必要進行深入研討。

     

    5、Cr 在熔鹽中的腐蝕產品

     

    鎳基合金在熔鹽中的腐蝕首要是Cr的挑選性腐蝕,研討Cr在熔鹽中的腐蝕產品,有助于猜測Cr的腐蝕反響,加深對Cr在熔鹽中的腐蝕機理的了解。在橡樹嶺的核動力飛行器項目中,做了很多關于Cr在燃料鹽中的腐蝕產品的研討,發現在FLiNaK燃料鹽中,Cr首要是以Cr(III)的方式存在,而在NaF-ZrF4鹽和FLiBe鹽中,Cr首要的存在價態為二價。Koger等人對Hastelloy-N合金研討發現,金屬Cr在NaBF4-NaF(92-8 molewt.%)鹽中的首要腐蝕產品為Na3CrF6。

     

    Brinnt等人研討發現,一些常見的不銹鋼、Inconel合金等在NaF-KF-LiF-UF4鹽中存在著Cr的腐蝕,在熔鹽中構成了一些綠色的結晶物質,經過與自己裝備的標樣比對,發現Cr在NaF-KF-LiF-UF4鹽首要構成了K2NaCrF6。對Cr在熔鹽中的腐蝕產品的研討比較會集的是在上世紀的橡樹嶺國家試驗室,自從橡樹嶺國家試驗室的熔鹽堆項目上個國際70年代中止后,對Cr在熔鹽中的腐蝕產品的研討根本中止,關于這方面的研討并不充沛,還有必要繼續深入研討。

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