熔融鹽與常見氧化物及不銹鋼相容性研究.pdf

1、熔融鹽因其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，儲(chǔ)熱密度大，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用與工業(yè)生產(chǎn)中，但是由于其較強(qiáng)腐蝕性又會(huì)限制在太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域中的應(yīng)用。本文旨在研究在堿金屬硝酸鹽與常見氧化物及不銹鋼的相容性。
　　 本文首先選取了五種氧化物和三種不銹鋼，并研究其在熔融硝酸鹽中的腐蝕行為以及腐蝕之后熔鹽的熱物性變化。結(jié)果表明，硝酸鹽與新型固體儲(chǔ)熱材料中主要成分相容性良好，熔融硝酸鹽在600℃時(shí)依然較為穩(wěn)定。在600℃保溫8h后，五種氧化物均未與熔融硝酸

2、鹽直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，總體實(shí)驗(yàn)結(jié)果與熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果相符。不銹鋼在與熔融硝酸鹽浸泡720h后，通過與腐蝕前表面形貌對(duì)比，發(fā)現(xiàn)試樣表面均并未出現(xiàn)明顯腐蝕層，沒有出現(xiàn)吸氧腐蝕后的針狀，顆粒狀腐蝕產(chǎn)物。腐蝕后試樣表面依舊光滑，平整無點(diǎn)蝕坑，或者凸起，沒有出現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物堆積，腐蝕層覆蓋表面的情況。實(shí)驗(yàn)中，以144h為時(shí)間間隔，取出金屬試樣處理后稱重，繪制動(dòng)力學(xué)曲線。三種不銹鋼試樣的腐蝕動(dòng)力學(xué)曲線都符合直線規(guī)律，腐蝕產(chǎn)物隨時(shí)間增加。金屬試樣表面沒有完整

3、保護(hù)膜，在腐蝕720h之后發(fā)現(xiàn)316L試樣失重最為嚴(yán)重為3.25mg.cm-2，304失重最少1.01 mg.cm-2，這種失重程度不同的現(xiàn)象可能是由于不銹鋼中Cr含量不同所導(dǎo)致，316LCr含量最少所以失重最為明顯，310S中Cr含量相對(duì)較高則失重最少。
　　 選取失重最明顯的試樣316L進(jìn)行XPS能譜分析，并進(jìn)行蝕刻。通過XPS圖譜腐蝕層主要成分為Fe2O3、 FeO、Cr2O3、 Na2CrO4。在試樣表面和蝕刻3nm、6

4、nm處均未發(fā)現(xiàn)Cr元素的圖譜。結(jié)果表明，在金屬腐蝕過程中，Cr并沒有起到很好保護(hù)金屬的作用，可能反應(yīng)為:NaNO3+Cr2O3+O2=Na2CrO4+NOx。Na2CrO4與NaNO3形成Na2CrO4-NaNO3共晶鹽系導(dǎo)致Na2CrO4熔點(diǎn)降低，形成貧Cr區(qū)，導(dǎo)致試樣的腐蝕。同時(shí)，Raman圖譜中的特征峰表示NO3-的V1振動(dòng)，并未出現(xiàn)新的振動(dòng)方式。說明該熔鹽體系在與不同金屬試樣浸泡720h后并沒有出現(xiàn)新的化合物，NO3-也并未與過

5、渡區(qū)金屬元素如Fe2+等形成絡(luò)合離子產(chǎn)生配合鍵。混合硝酸鹽在與金屬試樣浸泡720h后，混合硝酸鹽成分穩(wěn)定，沒有新相的產(chǎn)生。在與316L浸泡后對(duì)應(yīng)硝酸鹽的KNO3晶型轉(zhuǎn)變吸熱焓略有增加，這可能是因?yàn)榻?jīng)過720h的浸蝕之后，熔融鹽的成分發(fā)生變化，KNO3所占比例有所上升。各試樣的相變吸熱焓分別為102.481 J/g、93.815J/g、100.034 J/g，與浸泡前相比都稍有下降，下降比例分別為0.0034％、0.087％、0.027％