混合氯化熔融盐的腐蚀性实验

第２９卷第１２期

２００８年１２月

工程热物理学报

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ

Ｖ０１．２９，Ｎｏ．１２

Ｄｅｃ．，２００８

ＴＨＥＲＭＯＰＨＹＳＩＣＳ

混合氯化熔融盐的腐蚀性实验

刘

斌

叶

猛

吴玉庭

北京

马重芳

１０００２２）

（北京工业大学环境与能源工程学院传热强化与过程节能教育部重点实验室及

传热与能源利用北京市重点实验室，

摘要

混合氯化盐是一种非常有前途的高温传热蓄热介质．为了确定混合氯化盐传热蓄热系统适用的金属材料，本文

对２５２０，３０４，３２１和３１６Ｌ四种常用不锈钢在混合氯化盐中的腐蚀情况进行了实验研究，并与混合硝酸盐的腐蚀特性进行了对比．结果表明，混合氯化熔盐比混合硝酸盐对四种不锈钢的腐蚀性要大几十倍，混合氯化盐对四种不锈钢腐蚀速率从大到小依次为３１６Ｌ、３０４、３２１和２５２０．

关键词氯化熔融盐；不锈钢；腐蚀

中图分类号，ＴＫｌ２４文献标识码：Ａ

文章编号，０２５３－－２３１Ｘ（２００８）１２－２１３１－０３

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０引言

传热蓄热工质已经从早期塔式电站的水蒸气【１１、

由于熔融盐具有使用温度高、温度范围大、换热性能好、价格便宜等一系列的优点，在化工、能源等领域得到了非常广泛的应用，特别是近年来随着石油价格的升高和世界各国对能源需求的激增，太阳能热发电、太阳能制氢等一些新的能源开发项目成为研究的热点，高温熔融盐作为传热蓄热介质得到了更为广泛的应用。

在聚光太阳能热发电领域，由于太阳能的不稳定性，优良的高温传热蓄热工质成为保证太阳能热发电系统正常工作的关键，寻找能稳定工作在更高温度下导热性能良好的工质是学者们研究的热点。

收稿日期ｔ２００８－０１．０６；修订日期，２００８－１０－２０

基金项目：９７３项目（Ｎｏ．２００３ＣＢ２１４５０５）；传热与能源利用北京市重点实验室２００８年开放基金资助

作者简介ｔ刘斌（１９７９－），男，湖南澧县人，博士研究生，主要从事太阳能热发电系统中传热技术研究．

上世纪９０年代初槽式电站的导热油【２】过渡到了目前的高温熔融盐【３一，特别是硝酸钠和硝酸钾混合熔融盐在ＳｏｌａｒＴｗｏ的成功运行为熔融盐工质应用开辟了广阔的应用前景。熔融盐传热蓄热技术不仅应用在塔式电站，而且可应用在槽式电站上，甚至在碟式电站上也在积极探索这种技术【５】．同时，随着太阳能热发电系统的不断优化以及制氢气等技术的发展，对熔融盐传热蓄热提出了更高温度的需求，普通的低温单质熔融盐以及混合硝酸熔融盐都不能满足５０００Ｃ以上温度的需要．在这种应用背景下，许多学者提出了对新型的混合氯化盐、氟化盐的研

万方数据　

２１３２工程热物理学报

２９卷

究【引，但这类研究目前只停留在离子和化学结构上，针对混合氯化熔融盐的熔点、蓄热能力、各种热属性以及腐蚀性等方面的研究至今都还没有见到详细的报道。本文利用我们实验室配置的混合氯化熔融盐，研究了高温熔融态时氯化盐对常见不锈钢材料的腐蚀情况，为这种混合熔融盐今后的工程应用提供借鉴。

１实验方法介绍

腐蚀环境是将无水氯化镁、氯化钠和氯化钾三种单质氯化盐按照质量２：７：１的比例配制的混合氯化盐中进行。先将选定的盐配制好放入坩埚内，然后将不锈钢埋入熔盐内。由于粉末状态的混合盐在达到熔融状态后，体积变小，容易使实验件没有完全与熔盐接触，因此在预先放的盐中，应该尽量取多些盐。最后，将埋有不锈钢实验件的坩埚至于马弗炉内，将炉温升至５０００Ｃ．马弗炉具有自动控温系统可以使炉内温度一直保持５００士ｉ。Ｃ。图１为实验所用的腐蚀实验用炉．

图１腐蚀实验用炉

Ｆｉｇ．１

Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｆｕｒｎａｃｅ

为了考察不锈钢在熔盐中的腐蚀特性，整个腐蚀实验分为两个部分，分为一天１０ｈ内的腐蚀情况对比，和１５天内不同天数的腐蚀情况对比。对于１０ｈ内的腐蚀实验，每个实验件都是在取出上一个实验件，待炉温降到室温的时候放入．对于按天数计算的实验件，一次将所有需要测量的实验件一起放入，分别在第１、３、５、７、１１和１５天去取出实验件。腐蚀之前、腐蚀之后分别用显微镜放大８０倍拍照，观察腐蚀前后的形貌。

我们选择了市场上最常见的四种不锈钢２５２０、３０４、３２１、３１６Ｌ进行研究。试验件截取为５０

ｍｍｘ２０

ｍｉｎｘ２ｍ１２１的片状试样，用ＳｉＣ砂纸磨至８００号，

经丙酮和酒精清洗，置于干燥皿中备用．在腐蚀实

万　

方数据验之前采用岛津ＳＨＩＭＡＤＺＵ电子天平对实验件进行称重，天甲精度为１ｍｇ，量程为６２０ｇ。进行腐蚀实验之后，用丙酮清洗，然后用金属去掉腐蚀产物，称量腐蚀后的质量，从而得到腐蚀结果。

２实验结果和分析

图２是腐蚀前后各不锈钢材料表面结构的对比情况．

图２４种不锈钢腐蚀前后对比图

Ｆｉｇ．２

Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｐｉｃｔｕｒｅｓｏｆ

ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎ

ｍｏｌｔｅｎｓａｌｔ

由图２对比发现，四种不锈钢在１５天后的腐蚀表面形状变形都较为严重，形成了很厚的腐蚀膜，而且剥落很严重。反应之后不锈钢表面的产物呈黑色、片状容易从表面拆除掉．温度在５０００Ｃ时混合盐处于熔融状态，这个温度时反应生成的ＦｅＣｌａ为液态，会与熔盐进行混合。反应之后的产物是层状的，而且与基体严重分离，对基体的保护几乎完全

消失。

１２期

刘斌等：混合氯化熔融盐的腐蚀性实验

２１３３

图３是四种不锈钢１５天的腐蚀动力曲线，腐蚀动力学是指腐蚀前后单位面积的质量减少或者增加量，本文为每平方厘米的质量减少量。从图中可以得到各种不锈钢都随着腐蚀时间质量不断降低，

４

种不锈钢在混合氯化盐５００。Ｃ腐蚀条件下，腐蚀速率明显不同，但是腐蚀都比较严重。腐蚀速率从大到小依次为３１６Ｌ、３０４、３２１和２５２０。其中３１６Ｌ在混合氯化盐中的抗腐蚀性能最差，２５２０的抗腐蚀性能最好。可以看出在前六天的腐蚀过程中速度都比较快，在６天以后３０４、３２１和２５２０腐蚀速率都明显减缓。１５天之后３１６Ｌ腐蚀速率仍然达到了

３６０

ｍｇ／ｃｍ２天，２５２０不锈钢的腐蚀是２００ｍｇ／ｃｍ２天。结果显示四种不锈钢都不能长期使用于高温氯化熔融盐的环境。

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图３四种不锈钢１５天的腐蚀动力曲线

Ｆｉｇ．３

Ｆｏｕｒｓｔｙｌｅｓｃｏｒｒｏｓｉｖｅｒｅｓｌｌｌｔｉｎ１５ｄａｙｓ

３与硝酸熔融盐对不锈钢腐蚀的对比

硝酸钾和硝酸钠的混合盐对常见的不锈钢和钢材腐蚀性较小，成功地在ＳｏｌａｒＴｗｏ太阳能热发电站中运用．在应用不锈钢材料之前，美国可再生能

源实验室的Ｂｒａｄｓｈａｗ［７］对不锈钢和碳钢在三种混合硝酸钾和硝酸钠中的腐蚀行为进行了详细的实验（如图４）．

在将不锈钢进入混合硝酸盐达到７０００ｈ之后，３０４不锈钢在三种不同的硝酸盐中的质量减少量都在５，－－６ｍｇ／ｃｍ２，减重之后平均厚度减少了６一ｌｏｔｉｍ，而在本实验所用的不锈钢在氯化盐中腐蚀后平均厚度减少了４００—８００｝ｌｍ．不锈钢的腐蚀厚度在

万　

方数据氯化盐中是在硝酸盐中的几百倍，氯化盐腐蚀非常严重，因此我们需要寻找更好的材料或者添加抗氯化盐腐蚀涂层才能适应混合氯化盐的应用．

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图４

３０４不锈钢在５７０。Ｃ下三种硝酸盐的腐蚀动力曲线

Ｆｉｇ．４

Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｕｌｔｏｆｓｔｙｌｅ３０４ｉｎｎｉｔｒａｔｅｓａｌｔ

ａｔ

５７０。Ｃ

４结论

测量了四种不锈钢金属在混合氯化熔融盐中的腐蚀情况，对腐蚀结果进行了分析，并与硝酸盐的腐蚀结果进行了比较，为进一步选择熔融盐和研究熔融盐对流换热特性打下了基础。参考文献

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混合氯化熔融盐的腐蚀性实验

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

刘斌， 叶猛， 吴玉庭， 马重芳， LIU Bin， YE Meng， WU Yu-Ting， MA Chong-Fang北京工业大学环境与能源工程学院传热强化与过程节能教育部重点实验室及传热与能源利用北京市重点实验室,北京,100022工程热物理学报

JOURNAL OF ENGINEERING THERMOPHYSICS2008,29(12)

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本文链接：/Periodical_gcrwlxb200812042.aspx

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/39n4.html