氧化膜在太阳能热发电储能氯化物熔盐中失效机制研究

Compared to molten nitride salts, molten chloride salts can serve at higher temperature acting as thermal storage materials in solar thermal power generation field. However, the corrosion rate is very severe. In order to improve the stability of the solar thermal power system, protective coatings must be fabricated on the surfaces of the metals/alloys to reduce the corrosion rate of them. In the present work, Al2O3, Cr2O3 and SiO2 protective oxide scales will be obtained on the surface of the packing cemented Ni-based superalloy and stainless steel by pre-oxidation.TG/DSC, SEM/EDS, TEM are used to study the stability of these protective oxide scals and to determine the failure mechanism of these protective oxide scales in the molten chloride salts,especially the role of anions and cations in the molten chrolide salts and the effects of oxygen partial pressure on the failure process of the protective oxide scales. The aim of this study is to theoretically surpport the selection of protective coating system for the molten chloride salts corrosion and to bulid a method to reduce the corrosion rate of the molten chloride salts by changing the oxygen partial pressure. These can lay the foundation for the wide using of the molten chloride salts in the solar thermal power generation field.

与硝酸盐熔盐相比，氯化物熔盐是一种能够在更高温度工作的太阳能热发电蓄热介质，但其对合金材料的腐蚀速率较高，需要在合金材料表面制备合适的涂层以降低腐蚀速率，提高系统的稳定性。本研究拟采用热扩散渗后预氧化的方法在镍基高温合金及不锈钢表面制备Al2O3、Cr2O3、SiO2等常见保护性氧化膜，采用TG/DSC、SEM/EDS、TEM等分析测试方法研究常见保护性氧化膜在熔融氯化物盐中的稳定性，分析氧化膜在氯化物熔盐中的失效机制，明确氯化物熔盐中阴离子和阳离子在氧化膜破坏过程中的作用机制以及环境氧分压对氧化膜破坏过程的影响,为氯化物熔盐腐蚀防护涂层体系选择提供理论依据，建立一种通过改变环境气氛降低氯化物熔盐腐蚀速率的方法，为氯化物熔盐在太阳能热发电领域的大规模应用奠定基础。

太阳能热发电是一种新型清洁能源技术，而储热熔盐是该技术能否大规模应用的关键因素。与硝酸盐相比，氯化物熔盐能够在更高温度工作，但其对合金的腐蚀速率较高，危害系统的稳定性，需要通过表面防护涂层或改变氯化物熔盐热物理性能降低其腐蚀性。本研究采用失重法、电化学方法研究了Inconel625合金以及316不锈钢在四种氯化物熔盐及其混合盐中的腐蚀行为，分析了氯化物熔盐中阳离子在腐蚀过程中的作用机制以及添加微量稀土元素对氯化物熔盐腐蚀性的影响，探讨了热扩散涂层对合金在氯化物熔盐中腐蚀防护作用。. 研究结果表明，碱土金属氯化物熔盐比碱金属氯化物熔盐更具有腐蚀性，阳离子的作用主要是通过改变氯化物熔盐的热物理性能，如熔点、蒸汽压、吸水率等从而改变熔盐碱度而导致其腐蚀性的不同。活化氧化理论中阳离子与氧化铬反应形成含Cr尖晶石从而导致氧化膜失去保护性，由于观测手段限制，缺乏直接的证据。添加微量稀土元素可以明显降低合金在氯化物熔盐中的腐蚀速率，微量稀土元素同样可以降低硝酸盐或碳酸盐的腐蚀速率。熔盐电化学实验可知，稀土元素改变了合金的电化学特性，使合金的腐蚀电位移向正的方向，蚀坑减少，腐蚀电流减少，有效提高合金耐腐蚀性能。热扩散渗铬、渗铝涂层均能在一定程度上降低合金的腐蚀速率，但效果不明显，与渗铬涂层相比，渗铝涂层效果更好。保护性氧化膜Al2O3、SiO2和Cr2O3在氯化物熔盐中的失效破坏机制以及环境氧分压对氯化物熔盐腐蚀行为的影响还有待后续工作研究。. 项目研究结果将有助于推进氯化物熔盐作为太阳能热发电储热熔盐应用，特别是为氯化物熔盐选择，储热、传热部件金属部件选材，以及氯化物熔盐腐蚀防护体系提供指导。