抗熔盐腐蚀涂层的研究进展

更新日期:2017-10-09
摘要:

抗熔盐腐蚀涂层因为其自身的优势,因而被广泛运用,那么抗熔盐腐蚀涂层的研究进展是怎样的呢?接下来一起了解一下!

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抗熔盐腐蚀涂层因为其自身的优势,因而被广泛运用,那么抗熔盐腐蚀涂层的研究进展是怎样的呢?接下来一起了解一下!

 

氟化物熔盐具有低熔点、高沸点、高热容、低蒸气压、高热导率、低粘度以及杰出的化学稳定性等一系列长处,其作为一种新型的传热或蓄热介质可用作反响堆冷却剂,以及可用在高温制氢、太阳能传蓄热和燃料电池等动力范畴。但是,高温氟盐具有腐蚀性,与氟盐触摸的资料的腐蚀约束了氟盐的广泛使用。

 

镍是元素周期表中28号元素,具有面心立方结构(fcc),从室温到高温没有同素异构改变,是一种十分杰出的基体金属。一起,因为Ni原子的第三电子壳层根本上被填满,它能够溶解比较多的改性元素进行合金化,而依然坚持γ奥氏体相的稳定性。在不同的高温环境中,Ni 基高温合金使用最为广泛。

 

镍基合金是以金属镍为基体,依据不同的使用参加相应的合金元素以改进合金的各项功能。依据镍基合金较好的力学功能和加工功能,以及优异的耐熔盐腐蚀性,镍基合金被广泛的用于各种高温熔盐环境,镍基高温合金现已被作为熔盐反响堆的首要的候选结构资料。

 

近年来,跟着对熔盐堆的研讨不断升温,以及氟化盐在动力范畴的潜在的使用价值,国际许多研讨机构也对高温镍基合金在熔盐环境进行了很多的腐蚀研讨,经过调研,把近年来简直一切镍基高温合金熔盐腐蚀试验总结。从以下几方面概括总结镍基合金在熔盐环境中腐蚀规则特色:金属元素的腐蚀次序、杂质对腐蚀的影响、时刻和温度对腐蚀的影响、合金中Cr含量对腐蚀的影响以及Cr在熔盐中的腐蚀产品等。

 

1、不同金属元素的腐蚀次序

 

在高温熔盐环境中,生动元素容易被挑选性优先腐蚀。美国国家航空与国际航天局(NASA)的研标明,在高温氟化盐中,一些常见的金属元素的被腐蚀的难易程度按以下次序由易到难:AlNASA给出的元素在熔盐中的腐蚀难易次序与金属氟化物的吉布斯构成能共同。Ni基高温合金中,为进步合金的抗高温氧化功能,一般参加一定量的金属元素Cr,以便在合金外表构成防护功能好的 Cr2O3为主的氧化膜,进步镍基高温合金的抗高温氧化功能,镍基高温合金实际上是以Ni-Cr二元系为基的合金。但是,Cr的氧化膜在高温熔盐中不稳定,容易与熔盐发作反响而被腐蚀溶解,从而起不到维护合金的效果。依据金属元素的腐蚀次序可知,镍基高温合金在熔盐环境中存在着Cr的挑选性腐蚀现象。

 

2、水杂质对腐蚀的影响

 

因为氟化盐中有些组分具有极强的吸水性,如KF等,经过烘干等办法很难彻底去除熔盐中的水杂质。熔盐中的水分,在高温情况下熔盐构成HF,HF是强酸能够引起简直一切金属资料的腐蚀。Ouyang等人在不同水含量FLiNaK盐中对Hastelloy N和Hastelloy B3两种镍基高温合金进行腐蚀试验。合金在含有3.19 wt.%水分的盐中的腐蚀失重约为在 1.91 wt.%水分的盐中的腐蚀失重的三倍。比较于含有分水的FLiNaK盐,样品在纯净的FLiNaK盐中的腐蚀失重要小得多。综上所述,熔盐中的水杂质能够加快镍基合金的腐蚀。为削减资料的腐蚀,在腐蚀试验或许熔盐的使用过程中,应严格操控熔盐中的水杂质的含量。

 

3、时刻、温度对腐蚀的影响

 

镍基高温合金作为熔盐堆候选结构资料,需要在不同温度下长时刻运转。研讨镍基合金在不同温度熔盐中腐蚀不一起间的规则特色是很有必要的。Ouyang等人研讨了Hastelloy N和Hastelloy B3两种镍基高温合金在不同温度的FLiNaK盐中腐蚀不一起间的规则特色。成果标明,跟着温度的升高,合金的腐蚀加重;在相同的腐蚀温度下,跟着合金在熔盐中腐蚀时刻的延伸,合金腐蚀加重,腐蚀失重添加。Ouyang 经过腐蚀失重核算得出样品的腐蚀速率。成果标明,样品在前100小时腐蚀速率较大,跟着腐蚀时刻的延伸,样品腐蚀速率逐步下降。

 

ORNL对首要候选镍基合金做过很多长时刻的腐蚀试验,总结发现相同的腐蚀规则:合金前期腐蚀速率较快,跟着腐蚀时刻的延伸,后期腐蚀速率逐步减缓。合金在熔盐前期腐蚀首要是杂质引起的,跟着腐蚀时刻的延伸,熔盐中杂质的耗尽,腐蚀速率逐步变慢,后期首要受合金中元素的分散速率操控。因而,能够经过分散系数来猜测样品在熔盐中长时刻腐蚀深度。DeVan等人经过元素示踪法测试了Hastelloy N 合金中Cr的分散系数,使用菲克第二规则,能够简略的猜测Hastelloy N合金在熔盐环境中执役30年后的元素散布。尽管知道合金腐蚀受热分散机制操控,但合金在熔盐中的腐蚀受界面触摸状况、合金缺点、腐蚀反响等影响,合金中元素的分散行为不能简略的使用菲克规则进行猜测。镍基合金在熔盐环境中Cr的分散规则关于猜测合金的腐蚀具有重要的含义,但关于这方面的研讨并不充沛,亟待进行深入研讨。

 

4、合金中Cr含量对腐蚀的影响

 

镍基高温合金在熔盐中的腐蚀首要是Cr的挑选性腐蚀,镍基合金在熔盐中的腐蚀行为特色受其Cr含量影响较大。Olson等人在 850℃的FLinaK盐中对Hastelloy-X、Hastelloy-N、Ni-201、Incoloy-800H、Haynes-230和Inconel-617六种镍基合金进行500小时的腐蚀试验,成果显现合金的腐蚀跟着合金中Cr含量的添加,腐蚀加重,腐蚀失重简直与合金中Cr含量成线性关系。Ouyang等人对Hastelloy-B3、Hastelloy-N、Haynes-242、Haynes-263和TZM几种合金进行高温熔盐腐蚀,发现在含有少数水杂质的熔盐中腐蚀后,合金的腐蚀失重跟着合金中Cr含量的添加而添加,腐蚀失重与样品中(Cr+1/3Mo wt.%)成线性关系。Sona等人和Min Liu等人经过不同镍基合金的腐蚀试验,也发现跟着合金Cr含量的添加,合金腐蚀加重。

 

探究不同Cr含量的镍基合金的腐蚀特色对研讨,对熔盐堆结构资料的挑选及研制有重要的含义。但关于不同Cr含量的镍基合金在熔盐中的腐蚀规则,数据比较少并且不行体系,还有必要进行深入研讨。

 

5、Cr 在熔盐中的腐蚀产品

 

镍基合金在熔盐中的腐蚀首要是Cr的挑选性腐蚀,研讨Cr在熔盐中的腐蚀产品,有助于猜测Cr的腐蚀反响,加深对Cr在熔盐中的腐蚀机理的了解。在橡树岭的核动力飞行器项目中,做了很多关于Cr在燃料盐中的腐蚀产品的研讨,发现在FLiNaK燃料盐中,Cr首要是以Cr(III)的方式存在,而在NaF-ZrF4盐和FLiBe盐中,Cr首要的存在价态为二价。Koger等人对Hastelloy-N合金研讨发现,金属Cr在NaBF4-NaF(92-8 molewt。%)盐中的首要腐蚀产品为Na3CrF6。

 

Brinnt等人研讨发现,一些常见的不锈钢、Inconel合金等在NaF-KF-LiF-UF4盐中存在着Cr的腐蚀,在熔盐中构成了一些绿色的结晶物质,经过与自己装备的标样比对,发现Cr在NaF-KF-LiF-UF4盐首要构成了K2NaCrF6。对Cr在熔盐中的腐蚀产品的研讨比较会集的是在上世纪的橡树岭国家试验室,自从橡树岭国家试验室的熔盐堆项目上个国际70年代中止后,对Cr在熔盐中的腐蚀产品的研讨根本中止,关于这方面的研讨并不充沛,还有必要继续深入研讨。

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