氟化物熔盐和/或氯化物熔盐腐蚀防护方法及铬的应用技术

技术编号:13069734 阅读:66 留言:0更新日期:2016-03-24 04:53
本发明专利技术公开了一种氟化物熔盐和/或氯化物熔盐腐蚀防护方法及铬的应用。其包括如下步骤:向不锈钢或耐蚀合金服役的氟化物熔盐和/或氯化物熔盐体系中加入铬,即可;其中,铬的用量为满足在防护过程中,始终有铬的存在即可。本发明专利技术的腐蚀防护方法简单可行、安全环保、易于操作和控制、效果显著;可显著降低在高温氟化物和氯化物熔盐中的腐蚀速率,特别是可以有效抑制和减缓不锈钢的晶间腐蚀问题,提高其在高温氟化物和氯化物熔盐中的服役寿命;此外,本发明专利技术不仅能拓宽氟化物和氯化物熔盐介质用合金结构材料的选材范围,同时也可利用熔盐的独特优势,作为新型高温传蓄热介质在高温能源领域推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料腐蚀防护领域,具体涉及一种氟化物熔盐和/或氯化物熔盐腐蚀 防护方法及铬的应用。
技术介绍
氟化物熔盐和氯化物熔盐作为一种新型高温传蓄热介质在高温制氢、核反应堆、 太阳能热发电、核燃料后处理、燃料电池等能源领域具有广阔的应用前景。然而由于氟化物 熔盐和氯化物熔盐对金属结构材料具有腐蚀性能,限制了其在上述领域的广泛应用。 不锈钢和耐蚀合金均为ASME标准工程用材,广泛应用于核能、火电、航空、航天等 高温领域,特别是不锈钢因其价格优势更是得到了广泛应用。不锈钢和耐蚀合金在各种水 溶液和高温氧化环境中具有较好的耐腐蚀性能,其表面会形成富铬的钝化膜或氧化膜,该 表面膜对合金基体具有保护作用,能抑制合金的进一步腐蚀,使其具有良好的高温性能和 耐腐蚀性能。然而不锈钢和耐蚀合金在氟化物熔盐和/或氯化物熔盐中会发生明显腐蚀, 主要是由于不锈钢和耐蚀合金中提高其耐蚀性的重要合金元素铬在氟化物熔盐和/或氯 化物熔盐体系中是热力学不稳定元素,会发生选择性溶解,不会形成保护性表面膜。 为此,美国橡树岭国家实验室(0RNL)专门研发了镍基Hastelloy N合金。该合金 镍和钼元素含量高,在氟化熔盐中具有极好的耐腐蚀性。然而700°C以上其耐蚀性能和高温 力学性能降低,700°C以下的耐蚀性能也具有局限性。同时,当熔盐中含有H20、HF和金属氧 化物等杂质或有石墨、纯镍等异质材料时,Hastelloy N合金也会发生明显腐蚀,且该合金 价格昂贵,国内外均未商业化生产。为抑制熔盐腐蚀问题,美国橡树岭国家实验室(0RNL) 还利用向LiF-BeF2(FLiBe)熔盐回路中插入金属铍棒抑制316不锈钢的腐蚀,然而该方法 中含铍化合物为剧毒化学品,对实验操作人员和环境十分有害。美国威斯康辛大学(UWM) 利用添加金属锆抑制316L不锈钢在熔融LiF-NaF-KF(FLiNaK)熔盐中腐蚀,然而该方法中 金属锆不仅严重损毁石墨,同时锆沉积到合金表面,会引起合金的脆化。 因此,开发一种简单可行、成本低、安全环保、易于操作和控制、效果显著的不锈钢 或耐蚀合金在高温氟化物熔盐和/或氯化物熔盐中腐蚀防护方法是亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术中不锈钢和耐蚀合金中的铬元素在氟化物熔盐和/或氯 化物熔盐体系中热力学不稳定,发生选择性溶解,无法形成保护性表面膜,发生明显腐蚀的 缺陷,提供了一种。本专利技术的腐蚀 防护方法简单可行、安全环保、易于操作和控制、效果显著;可显著降低在高温氟化物和氯 化物熔盐中的腐蚀速率,特别是可以有效抑制和减缓不锈钢的晶间腐蚀问题,提高其在高 温氟化物和氯化物熔盐中的服役寿命;此外,本专利技术不仅能拓宽氟化物和氯化物熔盐介质 用合金结构材料的选材范围,降低设备制造和加工成本,同时也可充分利用氟化物和氯化 物熔盐的独特优势,作为新型高温传蓄热介质在高温能源领域推广应用;即使在有石墨等 碳基材料加速合金腐蚀的情况下,本专利技术对合金也具有防护作用。 本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题。 本专利技术提供了一种氟化物熔盐和/或氯化物熔盐腐蚀防护方法,其包括如下步 骤:向不锈钢或耐蚀合金服役的氟化物熔盐和/或氯化物熔盐体系中加入铬,即可;其中, 所述铬的用量为满足在防护过程中,始终有铬的存在即可。 本专利技术中,所述铬为本领域内常规,较佳地为纯度95%以上的铬,更佳地为纯度 99%以上的铬,最佳地为纯度99. 9%以上的铬。所述铬的用量为足量。 本专利技术中,所述不锈钢为本领域内常规,较佳地包括奥氏体不锈钢、铁素体不锈 钢、奥氏体-铁素体(双相)不锈钢、马氏体不锈钢和沉淀硬化不锈钢中的一种或多种,更 佳地为奥氏体不锈钢。所述奥氏体不锈钢为本领域内常规,较佳地包括316、316L、304和 304L中的一种或多种。 本专利技术中,所述耐蚀合金为本领域内常规,较佳地包括铁镍基耐蚀合金和/或镍 基耐蚀合金,更佳地包括 Inconel 800、Inconel 600、Inconel 617、Hastelloy C 276 和 Hastelloy N中的一种或多种。 本专利技术中,所述氟化物为本领域内常规,较佳地包括LiF、NaF、KF、BeF2、MgF 2、ZrF4和NaBF4中的一种或多种。 本专利技术中,所述氯化物为本领域内常规,较佳地包括NaCl、KC1、MgCljP CaCl 2中 的一种或多种。 本专利技术中,所述向不锈钢或耐蚀合金服役的氟化物熔盐和/或氯化物熔盐体系中 加入铬的操作及装配过程较佳地于惰性气氛下进行。所述的惰性气氛为本领域内常规,一 般可为氮气或氩气。 本专利技术中,所述体系较佳地为静态恒温体系或动态温差体系。 本专利技术中,所述体系中较佳地还可以包括碳基材料。所述的碳基材料为本领域常 规使用的碳基材料,一般为石墨、玻璃碳、金刚石、碳-碳复合材料和纳米碳材料中的一种 或多种。所述的碳基材料的形态可为本领域常规使用的各种碳基材料形态,例如块状、条状 和/或粉末。 一般来说,若体系中含有石墨等碳基材料,碳基材料会加速不锈钢或耐蚀合金的 腐蚀。然而,本专利技术腐蚀防护的方法即使在有石墨等碳基材料加速腐蚀的情况下,对不锈钢 或耐蚀合金也具有防护作用。 本专利技术中,所述铬较佳地完全或部分浸泡在所述氟化物熔盐和/或氯化物熔盐体 系中。 本专利技术中,所述铬与所述不锈钢或所述耐蚀合金的接触方式较佳地通过以下三种 方式中的任意一种进行:方式1 :所述铬与所述不锈钢或所述耐蚀合金不直接接触且彼此 电绝缘;方式2 :所述铬与所述不锈钢或所述耐蚀合金不直接接触但通过导线电接触;方式 3 :所述铬与所述不锈钢和/或耐蚀合金直接接触,更佳地通过所述方式1进行。 方式2中,所述导线的材质较佳地与所述不锈钢或所述耐蚀合金一致。 当所述铬与所述不锈钢或所述耐蚀合金的接触方式通过方式1进行时,利用所述 铬的优先溶解,提高熔盐中的铬离子浓度,降低被保护金属中铬元素向外扩散溶解速率,抑 制被保护金属的腐蚀。 当所述铬与所述不锈钢或所述耐蚀合金的接触方式通过方式2或方式3进行时, 利用铬与所述不锈钢或所述耐蚀合金在氟化物熔盐和/或氯化物熔盐中自腐蚀电位差异, 建立腐蚀电偶对。利用铬在所述氟化物熔盐和/或氯化物熔盐中自腐蚀电位低于所述不锈 钢或耐蚀合金的特性,所述铬作为牺牲阳极,表面不断发生铬元素的溶解,被保护的所述不 锈钢或所述耐蚀合金作为阴极,表面不发生腐蚀溶解,从而得到保护。 本专利技术还提供了一种铬在所述氟化物熔盐和/或氯化物熔盐腐蚀防护方法中的 应用。 在符合本领域常识的基础上,上述各优选条件,可任意组合,即得本专利技术各较佳实 例。 本专利技术所用试剂和原料均市售可得。 本专利技术的积极进步效果在于: 1、本专利技术的腐蚀防护方法简单可行、安全环保、易于操作和控制、效果显著。只需 将适量纯铬加入氟化物熔盐和/或氯化物熔盐中,就能降低不锈钢和耐蚀合金的腐蚀速 率。本专利技术能够显著降低不锈钢或耐蚀合金的腐蚀速率,特别是可以有效抑制和减缓不锈 钢的晶间腐蚀问题,提高不锈钢和耐蚀合金使用寿命,具有良好的推广价值。 2、本专利技术不仅能拓宽氟化物和氯化物熔盐介质用合金结构材料的选材范围,降低 设备制造和加工成本,同时也可充分利用氟化物和氯化物熔盐的独特优势,作为新型高温 本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种氟化物熔盐和/或氯化物熔盐腐蚀防护方法,其特征在于,其包括如下步骤:向不锈钢或耐蚀合金服役的氟化物熔盐和/或氯化物熔盐体系中加入铬,即可;其中,所述铬的用量为满足在防护过程中,始终有铬的存在即可。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:孙华俞国军艾华刘华剑谢雷东侯惠奇
申请(专利权)人:中国科学院上海应用物理研究所
类型:发明
国别省市:上海;31

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