1Cr13不锈钢渗铝工艺及其在熔盐中的腐蚀行为研究

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太阳能作为一种绿色清洁的可再生能源,能够满足人类可持续发展的需要。但是太阳能的间歇性决定了必须有合适的传蓄热介质以保证在太阳辐照强度不足时仍然能使太阳能发电持续稳定地运行。熔融盐因具有良好的导电性,导热性和高温稳定性等优势成为未来太阳能热发电工程中理想的传蓄热介质,其中由Na2CO3,K2CO3和Li2CO3组成的三元混合碳酸盐在继承了传统二元碳酸盐热稳定性好,不易产生污染等优势的基础上,克服了传统碳酸盐熔点高,粘度大等弊端,有望在未来得到推广应用。但由于熔盐通常在高温下使用,由金属构成的熔盐罐等设备面临被腐蚀的严重问题,因此必须对金属材料在熔盐中的腐蚀行为以及金属材料表面耐热蚀涂层的制备进行研究。本研究以此为出发点,选用成本相对不是很高且在高温下具有一定抗氧化性能的1Cr13不锈钢作为基体,通过热浸渗铝工艺在不锈钢表面制备Fe-Al合金渗层。渗铝包括热浸镀铝和热扩散两个过程。首先通过热浸镀在1Cr13不锈钢表面形成一层铝层,研究不同的助镀剂和浸镀温度对镀层完整性,镀层平均厚度,镀层均匀性的影响规律。结果表明,当助镀剂为4%KF+2%NaF混合溶液,热浸镀温度为750℃时得到的镀层综合性能最佳。随后在不同温度,不同时间的工艺条件下进行热扩散实验,通过扫描电镜和能谱仪对渗层的形貌和成分分析,结果表明当扩散温度为800℃,扩散时间为6h,既能保证渗层具有一定的厚度,渗层当中也不会产生内氧化等缺陷,是相对较好的扩散工艺参数。随后分别对未渗铝和渗铝的1Cr13不锈钢在三种不同的(Na-K-Li)2CO3熔盐中的腐蚀行为进行研究,采用扫描电镜和能谱仪分别对腐蚀区的形貌和成分进行测定和分析,用X射线衍射仪对表面腐蚀产物进行物相分析,并测定了腐蚀动力学曲线。研究发现在成分为60%Na2CO3-30%K2CO3-10%Li2CO3和20%Na2CO3-50%K2CO3-30%Li2CO3两种熔盐当中1Cr13不锈钢表面腐蚀破坏较严重,腐蚀增重明显,氧化膜最外层呈疏松结构。而在成分为30%Na2CO3-30%K2CO3-40%Li2CO3的熔盐中,不锈钢氧化膜最外层未呈现疏松结构,腐蚀速率最低。对渗铝1Cr13不锈钢的腐蚀研究发现,在这三种熔盐中,渗铝均提高了不锈钢的耐蚀性,表面形成了具有保护性的由Al2O3和LiAlO2组成的氧化膜,腐蚀层的厚度以及腐蚀增重速度均明显降低,表面受腐蚀破坏相对较小,特别是在成分为20%Na2CO3-50%K2CO3-30%Li2CO3的熔盐中,渗铝对1Cr13不锈钢耐蚀性的提高尤为明显。
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