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高温氯盐环境中金属材料的腐蚀

马海涛  
【摘要】: 垃圾焚烧是处理工业和市政固体垃圾的有效手段,它因能实现固体垃圾的无害化、减容化和资源化而在国内外受到重视。但在处理垃圾过程中,焚烧设备受到的腐蚀问题也日益突出,很多设备的实际寿命达不到设计寿命。在垃圾焚烧环境中的各种腐蚀中,高温氯化腐蚀得到研究人员的重视,因为垃圾中的氯含量很高,使得很多设备的提前失效与高温氯化腐蚀有关。垃圾焚烧环境中的氯化物包括Cl_2、HCl和沉积的氯盐。其中很多氯盐具有低熔点、高挥发性的特点,易以气态形式对设备进行腐蚀。目前低熔点氯盐产生的蒸汽对材料腐蚀行为的研究很少。本文利用自制的氯盐蒸汽发生设备,采用TGA(热重分析),SEM(EDX),金相,EPMA,XRD等手段探讨了在垃圾焚烧环境中几种常见金属材料在ZnCl_2、KCl、NaCl蒸汽环境中的高温氧化行为和表面有KCl盐膜存在条件下的高温腐蚀行为,探讨该条件下的腐蚀机制,为存在类似工业环境的选材和防护涂层的研究提供有益的研究结果和试验数据。 含有少量ZnCl_2蒸汽的高温氧化环境中,很短的时间内(6h)Fe、Cr、Ni均发生了明显的加速腐蚀,腐蚀的速率均随温度的提高和ZnCl_2蒸汽浓度的提高而加快。腐蚀后的试样均形成了疏松的、很厚的氧化膜,氧化膜与基体分离严重,氧化膜/基体界面往往有氯的富集。在高温下,Ni、Cr的试样由于金属氯化物的流失出现动力学的减重现象。Fe-Cr合金在有ZnCl_2存在条件下也发生加速腐蚀,但腐蚀速率随Cr含量的提高有所改善,但效果不大。含Al材料在有ZnCl_2蒸汽存在条件下有很好的耐蚀性表现,原因是试样表面形成了保护性的Al_2O_3氧化膜。 Fe、Cr、Ni在微量KCl蒸汽存在的高温氧化环境中,同样发生加速腐蚀,生成不具保护性的氧化膜。其原因是KCl蒸汽与试样表面的氧化膜反应生成Cl_2造成了活化氧化。而Fe-Cr合金随着Cr含量的提高耐蚀性有所改善,但KCl蒸汽与试样表面的Cr_2O_3反应生成的低熔点复合氧化物K_2Cr_2O_7是Fe-Cr合金耐蚀性不高的重要原因,因它破坏了Cr_2O_3氧化膜的保护性。氧分压的降低有利于提高Fe、Cr、Ni的耐蚀性。 在NaCl蒸汽的环境中,Fe-Cr合金中较高的Cr含量也没有表现出很好的耐蚀性。 在KCl盐膜存在的条件下,碳钢和低合金钢在高温下几乎没有保护性,不锈钢、耐热钢及Ni基合金也没表现出很好的耐蚀性。原因是KCl盐膜与试样表面的氧化膜及材料发生反应,生成了疏松的没有保护性的氧化膜。与含铬合金相比,富Al材料的耐蚀性较好,原因是活化氧化过程中易形成Al_2O_3保护膜。


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