来源:Frontiers of Chemical Science and Engineering 发布时间:2024/1/18 13:58:48
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FCSE | 前沿研究:熔融氯盐中过量添加的镁缓蚀剂对Fe-Cr-Ni合金的腐蚀行为

论文标题:Corrosion behavior of Fe–Cr–Ni based alloys exposed to molten MgCl2–KCl–NaCl salt with over-added Mg corrosion inhibitor(熔融氯盐中过量添加的镁缓蚀剂对Fe-Cr-Ni合金的腐蚀行为)

期刊:Frontiers of Chemical Science and Engineering

作者:Rui Yu, Qing Gong, Hao Shi, Yan Chai, Alexander Bonk, Alfons Weisenburger, Dihua Wang, Georg Müller, Thomas Bauer, Wenjin Ding

发表时间:15 Oct 2023

DOI:10.1007/s11705-023-2349-1

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文章速览

MgCl2-NaCl-KCl混合盐因具有原料丰富、熔点低、成本低等优点,在下一代聚光太阳能发电站中具有巨大的应用潜力。MgCl2-NaCl-KCl熔盐较高的服役温度(高于700℃)大大提高了聚光太阳能发电站的发电效率并降低了度电成本。向熔融MgCl2-NaCl-KCl盐中添加镁金属是降低商用Fe-Cr-Ni合金腐蚀速率最有效且最经济的方法之一。然而,本工作发现,当合金样品在高温下直接与过量添加的镁接触时,SS 310和In 800H合金在700℃下浸泡500小时后均发生严重腐蚀,这种腐蚀现象与熔融氯盐中经典的由腐蚀杂质引起的贫Cr腐蚀现象完全不同。结果表明,由于高温下Mg易与Ni反应形成 MgNi2/Mg2Ni 化合物,合金中的Ni 优先于Fe和Cr从基体中浸出,基体内部形成了贫Ni多孔腐蚀层,厚度分别为 204 µm (SS 310) 和 1300 µm (In 800H)。本工作表明,在使用镁作为 MgCl2-NaCl-KCl 或其他氯化物的高温储导热熔盐的缓蚀剂时,应避免液态镁与含镍合金直接接触,确保系统在使用寿命内不会出现结构材料失效引起的安全事故。

图1 未与Mg接触的In-800H 样品截面SEM-EDX表征图片。该样品在700 ℃的MgCl2-KCl-NaCl熔盐中浸没500小时后,几乎无法看到腐蚀层。Mg作为缓蚀剂很好地保护了金属不被熔盐腐蚀。同时,由于未与Mg直接接触,也不存在Mg引起的腐蚀。

图2 与Mg接触的In-800H 样品截面SEM-EDX表征图片。该样品在700 ℃的MgCl2-KCl-NaCl熔盐中和Mg金属接触。表面被严重腐蚀,有深达1300微米的腐蚀层。EDX分析表明,该腐蚀层中主要是Ni浸出。Ni与Mg元素在样品表面富集,形成Mg-Ni金属间化合物。

相关成果以“Corrosion behavior of Fe-Cr-Ni based alloys exposed to molten MgCl2-KCl-NaCl salt with over-added Mg corrosion inhibitor”为题发表在Frontiers of Chemical Science and Engineering(DOI: 10.1007/s11705-023-2349-1)。

作者及团队介绍

余锐(共同第一作者),武汉大学博士,主要研究领域为熔盐二氧化碳资源化利用。

龚庆(共同第一作者),德国宇航中心熔盐课题组攻读博士。主要研究领域为:面向电网的大规模氯盐储热导热技术,熔盐电池,熔盐腐蚀控制等。

施浩 博士(共同通讯作者),德国马克思普朗克钢铁研究所博士后。博士毕业于德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)。主要研究方向包括先进金属结构材料的设计与制备,金属材料的极端环境腐蚀与相容性,力学性能及微观组织表征,先进高强钢氢脆机理研究等;目前共发表论文20篇,其中7篇Corros. Sci.(一作)。

丁文进 (共同通讯作者),男,德国宇航中心(DLR)工程热力学研究所研究员(PI)/博士导师,兼职中国旅德学者化学化工学会GCCCD理事长。主要研究领域为电网级储能技术、熔盐高温储热导热技术、太阳能光热发电、卡诺电池、熔盐电池、熔盐腐蚀控制系统与部件研发等。作为DLR项目负责人承担、主持或参与多个欧盟或德国联邦政府资助的研发项目。发表论文约50 篇,其中以第一作者/通讯作者发表的SCI/EI 期刊论文超过20 篇,发表学术专著一本。申请国际专利共6项,已授权3项并获PCT 国际专利保护。

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