Ni基多孔材料的抗高温氯化腐蚀性能研究

发布时间：2020-05-16 11:16

【摘要】：含氯环境在能量转换,化学和冶金工业中广泛遇到,例如燃煤锅炉、垃圾焚烧炉和聚合物分解工厂。生物质燃烧系统中最严重的腐蚀问题是由于生物质和废物燃料燃烧产生的烟气中存在碱金属氯化物,包括C12、HCl和沉积的氯盐。目前,除了对一些纯金属的氯化进行了较彻底的研究外,大部分对氯化腐蚀的了解是源于现行服役材料的腐蚀行为。本文采用元素粉末反应合成法,利用固相偏扩散的原理进行固相烧结制备Ni-Cr-Fe、Ni-Cr-Si多孔材料。通过用自制的氯气发生设备对其在干燥氯气环境的高温氯化反应和在KCl盐膜下的热腐蚀行为研究,采用SEM(EDX),XRD等手段分析其腐蚀机理,在制得新型耐氯气腐蚀多孔材料的同时加强氯化腐蚀机理的基础研究,丰富氯化腐蚀数据。KCl的存在会加重Ni-Cr-Fe、Ni-Cr-Si两种Ni基多孔材料的氧化腐蚀,但其在800℃+KCl盐膜下依旧保持良好的抗热腐蚀性能。在500℃时,两种Ni基多孔材料在氯气环境中均表现出良好的抗氯化腐蚀性能,预氧化能提高样品的抗高温氯化腐蚀能力,且Ni-Cr-Si多孔材料的抗高温氯化腐蚀性能要优于Ni-Cr-Fe多孔材料。涂敷了 KCl盐膜后的Ni基多孔材料在800℃环境下显示抛物线质量增加。暴露40h后,两类多孔样品具有相似的腐蚀形貌,表现为总厚度约10μm的双层氧化物,这取决于元素的选择性氧化。Ni-Cr-Fe多孔材料向外生长的氧化层主要由含铁,铬和镍的尖晶石氧化物NiFe2O4和NiCr2O4组成,氧化层有很多孔洞并且从基材剥离;内向生长部分为Cr2O3。Ni-Cr-Si多孔材料向外生长的氧化层主要由NiO,含铬和镍的尖晶石氧化物NiCr2O4组成,内层主要为Cr2O3。高温下Cl2对Ni基多孔材料的侵蚀主要分为三个过程:Cl2与金属基体之间的初始反应;金属氯化物的挥发;氯化物的再氧化。氯气优先与合金中元素反应形成对应氯化物挥发并向外输送。在氧分压较高的情况下,氯化物会转化成对应的氧化物,所需的氧分压较低的将在靠近基体内侧优先转化,进而在样品表面形成分层的腐蚀界面。在500℃高温氯气环境下暴露30天后,未预氧化Ni-Cr-Fe多孔材料增重为25.2%,表面腐蚀产物主要为NiCl2,Cr2O3和(Cr,Fe)2O3;预氧化后Ni-Cr-Fe多孔材料增重为19.1%,表面腐蚀产物主要为NiCl2、CrCl3、Cr2O3和(Cr,Fe)2O3;未预氧化的Ni-Cr-Si多孔材料增重为7.4%,预氧化后的Ni-Cr-Si多孔材料增重为6.7%,未预氧化的样品和预氧化后的样品主要腐蚀产物基本一致,为NiCl2、CrCl3和Cr2O3。
【图文】：

于５００°Ｃ、６００°Ｃ的温度下腐蚀３０天。每间隔一定的时间将样品取出后冷却到室温称逡逑重并记录。每组样品所测量的数据为三个，根据所得的增重数据的平均值绘制腐蚀逡逑动力学曲线。图２－２所示为自制氯气腐蚀设备示意图。并对样品进行了预氧化处理再逡逑进行相同实验，探讨了预氧化工艺对其抗氯化腐蚀性能的影响。逡逑１＾１邋ＥＥＥＥＥＥ邋；ｅ｜ｅＥＥ逦（0□□）00逦＾邋‘逡逑逦逦［▲空管式“＆逡逑图２－２邋Ｈ制氯气腐蚀设备示意图逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｔｈｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｈｏｍｅｍａｄｅ邋ｃｈｌｏｒｉｎｅ邋ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ邋ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ逡逑１３逡逑

逦８０逡逑２０邋（ｄｅｇｒｅｅ）逡逑图３－１多孔Ｎｉ－Ｃｒ－Ｆｅ材料和Ｎｉ－Ｃｒ－Ｆｅ合金块的ＸＲＤ图逡逑Ｆｉｇ．邋３－１邋ＸＲＤ邋ｐａｔｔｅｒｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｏｒｏｕｓ邋Ｎｉ－Ｃｒ－Ｆｅ邋ｍａｔｅｒｉａｌ邋ａｎｄ邋ａｌｌｏｙ邋ｉｎｇｏｔ．逡逑Ｃ逦＾２＾？＊逦？，逦．Ｖ邋？逦＊＂＾＾０逦Ｉｃ：＾ｅｄａｘ３２＇ｆｌｅｎｅｓｉｓｖｇｅｎｍａｐｓ．ｓｐｃ邋０９－Ｍａｙ－２０１７邋０１：２１：２２逦＿邋＂逡逑？厂．其卢，．３ｌ逦ＬＳｅｃＳｉ！Ｓ逡逑１：，．卜卜３７Ｊ逡逑：Ｌｉｉ一逡逑２－0０逦４．００逦６．００逦８．００逦１０．００邋１２．００邋１４．００邋１６．００邋１８．００邋２０．００邋２２．００邋２＾逡逑—逦逦Ｅｎｅｒｇｙ邋－邋ｋｅＶ逦逡逑图３－２邋Ｎｉ－Ｃｒ－Ｆｅ多孔材料的ＳＥＭ形貌及ＥＤＳ逡逑Ｆｉｇ．邋３－２邋ＳＥＭ邋ｉｍａｇｅｓ邋ａｎｄ邋ＥＤＳ邋ｏｆ邋ｃｒｏｓｓ邋ｓｅｃｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｐｏｒｏｕｓ邋Ｎｉ－Ｃｒ－Ｆｅ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ逡逑ｃ：邋ｅｄａｘ３２＇＾ｅｎｅｓｉｓｌ，ｇｅｎｍａｐｓ．ｓｐｃ邋０９－Ｍａｙ－２０１７邋０１：２８：４５逡逑ＬＳｅｃｓ：邋２５逡逑１．１邋－ｉ逡逑ＣｒＫ逦２０．７６逡逑０．６邋逦逦逡逑－逦ＦｅＫ邋１０．０９逡逑０４邋－邋Ｎ，逦？ｉ邋ＩＷｉＫ逦６９．１９逡逑Ｃｒ逡逑０．２邋－逡逑Ｆｅ逡逑0邋0邋＿」＾逦逡逑｜Ｈ２ＱＢ＾＾＾ＢＣ＾Ｖ３Ｅｌ｜Ｑ！ｊ｜｜Ｅ＾ＩｌＫＱＳＨＢＳＳＳＳＳＥ！ｌ！ＩｕＥＳＳＳＩＳｌＨ逦２．００邋４．００邋６，，００邋８．００邋１０．００邋１
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.4

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 王成;巨少华;荀淑玲;严俊;梁斌;陈韩锋;;镍基耐蚀合金研究进展[J];材料导报;2009年03期

2 张轲,牛焱,吴维;NiCr合金在KCl-ZnCl_2盐膜下含氯氧化性气氛中的腐蚀[J];材料研究学报;2004年04期

3 郭贵芬,马海涛,王来;KCl蒸汽对纯Ni材高温氧化行为的影响[J];材料保护;2003年10期

4 刘培生,黄林国;多孔金属材料制备方法[J];功能材料;2002年01期

5 李远士,牛焱,刘刚,吴维;金属材料在垃圾焚烧环境中的高温腐蚀[J];腐蚀科学与防护技术;2000年04期

6 李远士,牛焱,吴维_

本文编号：2666653