316不锈钢在硝酸熔盐中的腐蚀行为研究

摘要

储热介质是太阳能热发电转化效率的核心，硝酸熔盐体系是太阳能热发电系统中一种较为成熟的传储热介质，其中Solar Salt(60%KNO3-40%NaNO3)和HITECT(53%KNO3-7%NaNO3-40%NaNO2)已经被广泛地应用于太阳能热发电站中。但由于硝酸熔盐在高温下仍具有腐蚀性且极易分解，因此储盐管道材料在熔融硝酸盐中的腐蚀成为太阳能热发电技术发展历程上的一个重要问题。材料在熔盐中的腐蚀主要表现为金属的活性溶解，而熔盐体系中的微量杂质和温度是腐蚀的主要推动力。材料在熔盐中的腐蚀本质上是一个电化学过程，故利用电化学技术监测材料的腐蚀过程，可获得腐蚀过程的动力学参数等信息。本文采用电化学监测技术研究316不锈钢在HITECT(53%KNO3-7%NaNO3-40%NaNO2)熔盐中的腐蚀行为，采用SEM/EDS观察了腐蚀产物的微观形貌和元素分布，利用XRD确定了腐蚀产物以及熔盐的相结构，分析了添加微量稀土元素、Cl-以及温度对腐蚀行为的影响。论文取得的主要结果如下：
　　1．添加氧化钇可以降低316不锈钢的腐蚀速率，其腐蚀电流密度由9.47mA·cm-2分别降至7.13mA·cm-2和3.73mA·cm-2。电化学阻抗测试结果表明，316不锈钢在含稀土氧化物的三元硝酸盐中电荷转移电阻值升高，因此耐蚀性得以提高。
　　2．Cl-会减缓三元硝酸盐的分解，显著提高不锈钢在三元硝酸盐中的腐蚀速率。极化曲线表明，其腐蚀电流密度由3.02mA·cm-2升至8.76mA·cm-2。电化学阻抗测试结果表明，316不锈钢在添加Cl-的三元硝酸盐中电荷转移电阻值降低，因而耐蚀性降低。
　　3．温度升高使得316不锈钢的自腐蚀电流由2.02mA·cm-2升至8.09mA·cm-2和34.4mA·cm-2。电化学阻抗谱测试结果表明，温度升高使得316不锈钢在三元硝酸盐中的转移电阻减小，说明温度升高会降低不锈钢在三元硝酸盐中的耐蚀性。从不锈钢腐蚀后的形貌和成分可以看出，不锈钢在三元硝酸熔盐中会发生选择性腐蚀，腐蚀层出现明显的元素富集区。温度升高会促进三元硝酸盐的分解，所以在保证太阳能储热蓄热正常的情况下，合理控制熔盐工作的温度，有助于降低材料在熔盐中的腐蚀及熔盐自身的分解。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 太阳能热发电系统

1.3 太阳能热发电系统的储热介质

1.4 储热熔盐的特性及分类

1.5 熔盐腐蚀问题及研究现状

1.6 本文研究的意义、内容及技术路线

2 实验原理与方法

2.1 硝酸熔盐配置

2.2 电极制备

2.3 高温熔盐电化学测试

2.4 物相分析技术

3 稀土元素对316不锈钢在三元硝酸熔盐中腐蚀行为的影响

3.1 引言

3.2 实验结果与分析

3.3 本章小结

4 Cl-对316不锈钢在三元硝酸熔盐中腐蚀行为的影响

4.1 引言

4.2 实验结果与分析

4.3 讨论

4.4 本章小结

5 316不锈钢在不同温度下的三元硝酸熔盐中的腐蚀行为

5.1 引言

5.2 实验结果与分析

5.3 讨论

5.4 本章小结

6结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的文章