不锈钢管内表面钝化膜ALD制备及抗结焦性能

发布时间：2025-01-10 22:58

　　 采用原子层沉积（ALD）技术在SS316不锈钢管内壁制备了Al₂O₃、TiO₂和Ru钝化层,研究其对抗结焦性能影响。结果表明:所制备Al₂O₃钝化薄膜相结构为γ-Al₂O₃,TiO₂为锐钛矿结构,Ru为密排六方结构。钝化处理能够延长燃油循环系统工作时间,管内循环燃油在800℃保温过程中,Al₂O₃引起系统压降升高,而TiO₂对系统的压降略有降低。对比TiO₂和未钝化管的结焦形貌,TiO₂钝化处理有效降低了表面焦油滴的尺寸和数量,同时在TiO₂钝化管未发现丝状碳的产生,无定型碳的数量也有所降低,说明TiO₂钝化层有着优异的抗结焦能力。酒精超声清洗后,TiO₂和Ru钝化管胶质层完全脱落,说明其胶质层结构较为疏松或胶质层较薄;Al₂

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图2 钝化薄膜的抗结焦测试图

利用D8ADVANCEA25型掠射X射线衍射仪(GIXRD)分析ALD制备不同种类钝化膜的晶体结构;采用Gemini500型场发射扫描电镜(FE-SEM)观察不同钝化膜的结焦形貌,同时利用配备的牛津能量散射谱仪(EDS)分析分析不同钝化膜的积碳量。2结果与讨论

图1 原子层沉积系统原理示意图

以SS316管道作为反应器放入ALD系统,ALD系统原理如图1所示。ALD制备薄膜通过循环数控制厚度,一个循环一般分为4个步骤:前驱体t1,N2冲洗t2,氧源t3,N2冲洗t4。前驱体的选择与其饱和蒸气压的大小和反应活性有关,本文制备不同种类钝化膜的前驱体和工艺如表1所示。以制备....

图3 不同钝化膜的XRD图谱

为了表征不同钝化膜的晶体结构,在制备过程中,在ALD沉积腔内放入取向(100)单晶硅片,XRD图谱如图3所示。在XRD图谱中发现Al2O3钝化膜没有X射线衍射峰,这与文献[24]中关于ALD制备Al2O3为γ-Al2O3是对应的。TiO2钝化膜在2θ角为25°、48°和53°分别....

图4 不同钝化管保温阶段压差变化情况

采用不同钝化工艺的SS316管作为反应器评估不同钝化工艺的抗结焦性能。为减少钝化处理对系统压差影响,实验前利用燃料对不同钝化工艺反应器校准。按照相同的升温步骤,得到800℃保温阶段不同钝化工艺下金属管的系统压差变化曲线如图4所示。在出口温度为800℃稳定30s左右,开始计时....

本文编号：4025554