高温熔盐腐蚀的异质效应和离子价态研究

发布时间：2022-01-24 14:58

　　高温熔盐具有优异的高热导率、高比热和高温稳定性,在核裂变/聚变反应堆、高温蓄热系统、高温制氢、燃料电池、核燃料后处理等能源领域得到广泛的应用。高温熔盐的应用也对结构合金的耐蚀性能提出了严峻的挑战。首先熔盐环境中会使用多种材料,出现如石墨和合金等异质材料共存的情况,由于不同材料的电负性差异,在熔盐中会形成电偶对从而加速合金的腐蚀。其次熔盐作为传蓄热介质使用时本身化学性质稳定,但原料中常含有部分腐蚀性杂质会加速材料的腐蚀,如金属氧化物、金属离子、含氧酸根等,且杂质无法通过净化提纯工艺而完全去除。研究熔盐体系异质材料与合金材料的相互作用机理及杂质离子对合金耐腐蚀性影响,可以有效地进行材料的腐蚀预测和腐蚀控制。基于以上背景,本文对高温熔盐中合金的腐蚀行为和腐蚀机理进行系统的研究。主要内容包括:（1）研究了异质材料对合金腐蚀行为的影响。高温熔盐中合金的腐蚀主要是活性组分Cr,腐蚀后合金中会形成一定厚度的贫Cr层。合金和石墨共存于熔盐中时,不同的接触状态对合金的腐蚀行为有较大影响。在两者电绝缘情况下,700℃时GH3535合金在FLiNaK熔盐中浸泡100h后的单位面积失重值为0.41mg/cm<... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)上海市

【文章页数】：123 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

高温熔盐堆（MSR）结构示意图

第一章 绪论1.1 所示，从而降低了熔盐的活性，BeF2、UF4和 ZrF4等组分则呈路易斯酸性。碱金属氟化物（LiF、NaF 和 KF 等）容易失去自身的 F-，熔盐活性较强，为路易斯碱性。从腐蚀角度，由于碱性熔盐中的 F-可与合金组分进一步反应，如式 1.2 所示，因此路易斯碱的腐蚀性强于路易斯酸，LiF-NaF-KF 为典型的碱性熔盐，含有 UF4的 NaF-ZrF4为酸性熔盐，实验也证实，前者中镍基的 Inconel 合金（Ni-Cr-Fe）的腐蚀程度明显严重于后者[71]。

、Cr、Fe、Mo、Ni 依次增强[29, 72]。对于结构合金 316（Mo-Cr-Fe）的主要组成元素，Cr 是最活泼的元素，其次是橡树岭（ORNL）和 NASA 等机构曾利用热力学原理对熔计算（图 1.4）[73]，该计算结果从理论角度验证 Cr 元素是蚀的。rnst）从热力学理论提出了溶液中电极电势和离子浓度的过该方程可计算获得熔盐中金属的电极电位和熔盐酸碱度的电位-酸碱度图（图 1.5）可以判断元素的腐蚀倾向和在在区间越小，表明元素越易于发生腐蚀，图 Cr 的稳定电而 Ni、Mo 两元素则在熔盐中具有较宽的区间[74, 75]。 = (氧化态) (还原态)(1. 4)

【参考文献】：
期刊论文
[1]304和316H不锈钢在LiF-NaF-KF熔盐中的腐蚀行为研究[J]. 刘辉,邱玮,冷滨,俞国军.  中国腐蚀与防护学报. 2019(01)
[2]熔盐堆中结构材料的腐蚀研究[J]. 侯娟,俞国军,孙华,艾华,陈燕军,刘华剑.  核科学与工程. 2018(02)
[3]聚焦太阳能热发电用熔盐腐蚀研究现状与展望[J]. 孙华,苏兴治,张鹏,王建强.  腐蚀科学与防护技术. 2017(03)
[4]不同Cr含量的镍基高温合金在LiF-NaF-KF熔盐中的腐蚀行为[J]. 邱杰,邹杨,李志军,徐洪杰.  核技术. 2015(07)
[5]熔盐电堆的材料腐蚀[J]. 徐雅欣,曾潮流.  中国腐蚀与防护学报. 2014(03)
[6]高温氟化盐对熔盐堆用材料的腐蚀行为研究进展[J]. 汪洋,唐忠锋,谢雷东,阴慧琴,黄师荣.  化学通报. 2013(04)
[7]聚焦式太阳能热发电中的蓄热技术及系统[J]. 尹辉斌,丁静,杨晓西.  热能动力工程. 2013(01)
[8]未来先进核裂变能——TMSR核能系统[J]. 江绵恒,徐洪杰,戴志敏.  中国科学院院刊. 2012(03)
[9]太阳能光热发电技术发展现状[J]. 陈昕,范海涛.  能源与环境. 2012(01)
[10]太阳能光热发电发展现状与市场前景[J]. 李琼慧.  电器工业. 2011(08)

博士论文
[1]含Cr的镍基合金在熔盐环境中的腐蚀机理研究[D]. 邱杰.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2015
[2]Hastelloy N合金的离子辐照损伤及辐照后熔盐腐蚀机理研究[D]. 林建波.中国科学院研究生院（上海应用物理研究所） 2014



本文编号：3606783