几种铁基合金在含O、S、Cl多氧化剂环境中的高温腐蚀
文献类型：学位论文
| 作者 | 潘太军 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-06-08 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 牛焱 |
| 关键词 | 二元/三元合金 Fe-Cr Fe-Cr-Al 氯化 氧化 硫化 多氧化剂 氯化物盐膜 热腐蚀 电化学阻抗谱 |
| 其他题名 | High Temperature Corrosion of Several Iron-Based Alloys in Multi-Oxidant Environments Containing Sulfur and Chlorine |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | 长期以来，尽管人们对金属及其合金的高温氧化、硫化、氯化、热腐蚀等腐蚀行为已有深入研究并对其所涉化学反应和机理有了较全面的认识，但对于金属材料在同时含有如氧、硫、氯、碳等多重氧化剂且侵蚀性极强的混合气氛中的腐蚀行为和腐蚀机理则易欠了解。由于多种氧化剂的混合气氛更接近于实际工业，研究在此类气氛中的腐蚀更有实际意义。本文着重探讨二、三元合金在模拟垃圾焚烧过程中所产生的多氧化剂的气相环境中并有典型氯化物沉积盐下金属材料的腐蚀行为，为理解这些复杂的现象提供依据。基于上述思想，本论文采用热重法以及XRD、SEM/EDX、EPMA等实验手段，对Fe-Cr、Fe-Cr-Al在多氧化剂O、S、Cl腐蚀气氛中和在盐膜下的腐蚀行为进行了研究，探讨了硫和氯协同作用下导致保护性氧化膜蜕化的微观机制和硫在氯化-氧化过程中的效应，同时还测量了氯化物盐膜导致金属材料的热腐蚀的电化学阻抗谱演变过程，建立了适当的等效电路来探讨盐膜下电化学腐蚀机制。 首先研究了Fe-Cr合金在600-700oC在两种还原性含氯和含硫量不同的气氛中的腐蚀行为，并与它们在H2-CO2和H2-HCl-CO2气氛中的腐蚀相比较。气氛中H2S含量的增加都导致三种合金加速腐蚀，尤其是引起Fe-18Cr合金表面保护性氧化铬膜的破裂。合金的腐蚀速率随其Cr含量的升高而降低。由硫和氯导致合金的加速腐蚀主要与膜中生成了硫化物和氯化物有关。计算了处于平衡的气氛中氯势、氧势、硫势，以预测合金与气氛可能发生的反应；并依据金属氯化物、硫化物、氧化物在M (Fe/Cr) -Cl-O-S体系中的稳定趋势对其氧化膜的结构和合金的腐蚀机制作出了解释。 其次研究了Fe-xCr-10Al (x = 0, 5, 10, 15, 20 at. %)合金在600-700oC还原性气氛(H2-H2S-HCl-CO2)中的腐蚀，并与其在(H2-CO2)气氛中的氧化作比较。显然，气氛中S和Cl导致所有合金加速腐蚀，阻止三元合金在600oC时表面保护性氧化膜的生成，金属表面形成疏松、多孔并更易为S和Cl渗透的氧化膜。在700oC，硫和氯不仅导致Fe-10Al、Fe-5Cr-10Al和Fe-10Cr-10Al合金加速腐蚀而且导致合金发生内氧化。合金中Cr含量的增加主要导致氧化膜中的Cr2O3的体积分数的增长而降低腐蚀速度。 再次，研究了NF616、12CrMoV和SS304材料在400-500oC在还原性气氛(H2-H2S-HCl-CO2)中并在(0.55ZnCl2-0.45KCl)盐膜下的腐蚀行为。结果表明：与含氯还原性气氛中的相同氯化物盐膜下腐蚀相比较，添加H2S导致了金属材料的加速腐蚀，形成的氧化膜更疏松，粘附性更差。氧化膜粘附性相当差显然与在合金/膜界面处生成的金属氯化物和硫的存在有关。 最后，本文采用了双电极体系研究了在400oC在(0.55ZnCl2-0.45KCl)盐膜下金属Fe、Ni、12CrMoV和SS304腐蚀过程的阻抗谱变化规律，并与其在熔融盐中的阻抗谱进行比较，提出了合理的等效电路。从电化学角度讨论材料与表面沉积物和气相氧化剂之间交互作用过程的规律。 纯铁在盐膜下和在熔融盐中腐蚀的电化学阻抗谱均呈Warburg阻抗特征，腐蚀过程受氧化剂扩散控制。纯镍在盐膜下腐蚀在初期阻抗谱呈Warburg阻抗特征；一段时间后，阻抗谱变成双容抗弧特征，这种变化与其表面形成的多孔氧化膜有关。纯镍在浸盐中阻抗谱始终呈现Warburg阻抗特征，腐蚀过程也受氧化剂扩散控制。纯铁和纯镍在浸盐状态下的阻抗模值大于盐膜下的阻抗模值，这与熔盐中氧溶解度小，扩散困难有关。材料在浸盐条件下腐蚀没有在盐膜下腐蚀严重，这归结于熔盐内氧供应量不足，使得在低氧势条件下不同金属氧化物在氯化物熔融盐内的稳定性存在显著差异。 12CrMoV在盐膜下腐蚀所得到的阻抗谱由两个阶段组成。初始阶段的阻抗谱呈Warburg阻抗特征。第二阶段的阻抗谱变为高频端为一个半径较小的半圆，低频端为一个半径较大的半圆，在中频段由直线相连。这种阻抗谱的变化也与金属表面生成的多孔膜有关。SS304在整个腐蚀过程中的阻抗谱没有变化，特征与12CrMoV在第二阶段的阻抗谱特征相似。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 145 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17111]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 潘太军. 几种铁基合金在含O、S、Cl多氧化剂环境中的高温腐蚀[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2007. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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