几种金属材料在模拟生物质焚烧和气化环境中的氯腐蚀.pdf

摘要 摘 要 利用焚烧/气化法处理城市工业和生活垃圾作为实现固态垃圾资源化、减量化、 无害化的有效手段，在国内外受到广泛的重视，但处理过程中由于高氯气氛和低 熔点氧化物沉积盐所引起的结构材料的灾难性腐蚀成为相关工业发展的制约因 素。因此，澄清金属材料在含氯气氛和氯化物沉积盐中的腐蚀机制，为抗氛化一 氧化材料的选材与设计提供依据，对提高垃圾一电能的转化效率具有十分重要的 实际意义。工业用钢作为结构材料和Ni基合金作为抗高温氧化涂层在生物质(垃圾) 焚烧汽化装置中被广泛应用，本论文拟采用热重法以及XRD,SEM/EDX等实验 手段，对不同Cr含量的Cr钢和Ni。合金在模拟生物质(垃圾)焚脚气化环境下的 腐蚀行为进行了研究，并揭示了材料在这些环境中的蜕化机理以及氯在腐蚀过程 中的作用，还探讨了应用(T}AI)N涂层的可能性。 研究了Cr钢在500-6000C和NiCr合金在700-8000C模拟垃圾焚烧环境，含氯 氧化性气氛((N2-502-0.3HC1(vol.%))中的腐蚀行为。Cr钢和NiCr合金的腐蚀均可用 C1参与的 活‘化氧化’机制来描述:氯化物在氧化膜基体金属界面生成和随后在 氧化膜内的氧化导致材料遭受加速腐蚀，所形成的氧化膜疏松，保护性差，低铬 或中铬合金还会发生由氯引起的内腐蚀。Cr的加入可以提高合金在此含氯氧化性 气氛中的抗氯化一氧化性能。NiCr合金在腐蚀初期却表现为失重，原因可能是由 于初始阶段合金中的Cr与气氛中的氯/氧生成CrC13以及Cr02C12的挥发所致。 Ni50Cr并未表现出较Ni25Cr更好的抗氧化一氧化性能可归结于其双相组织中大量 的相/晶界为腐蚀剂的快速扩散提供了通道。 当试样表面有氯化物沉积盐时，在含氯氧化性气氛中氧化物盐膜不但可与合 金表面金属氧化物反应生成氧从而诱导金属材料的 活‘化氧化’腐蚀，而且还可 以使合金表面氧化膜溶解从而失去保护性，因此Cr钢和NiCr合金在500-6000C时 遭受到较表面没有氯化物盐膜沉积时更快的加速腐蚀，所形成的氧化膜疏松、不 致密;在氧化膜/基体金属界面处有C1的富集，且合金还易于发生内腐蚀。Cr钢 和NiCr合金中Cr的加入可以提高合金在此含氛氧化性气氛中抗氯化物沉积盐腐 蚀性能，但高铬合金Ni50Cr和纯铬仍然没有形成致密的、粘附性良好的保护性 Cr20，膜。NiCr合金在此环境中的抗蚀性能优于Cr钢。然而在6000C时，纯Cr 和Ni50Cr并没有表现出较Ni25Cr更好的抗腐蚀性能。 研究了Cr钢在模拟垃圾气化环境，含氯还原性气氛((C02-0.5H2-0.5HCI(vol.%)) 中500-6000C时的腐蚀行为。Cr钢在此环境中的腐蚀也可用CI参与的 活‘化氧化’ 机制来解释。但与Cr钢在含氯氧化性气氛中的腐蚀行为不同的是，当气氛中的氧 几种金属材料在模拟生物质焚烧和气化环境中的抓腐蚀 压降低到接近于Fe/Fe304的平衡分解压，其氯压位于FeC12和CrC12的稳定区间， 同时氯压与氧压的比值急剧增大时，金属的氯化作用被增强，因此Cr钢的腐蚀速 度较其在含氯氧化性气氛中的腐蚀速度大，氧化膜不致密，在氧化膜/基体金属界 面处有金属级化物生成，且低铬或中铬合金还会发生由氯引起的内腐蚀。Cr钢腐 蚀动力学由5000C时近似抛物线转变为6000C时近似直线规律与该温度下金属氯 化物有较大的蒸汽压有关。在此还原性含氯气氛中，合金中Cr含量的增加有利于 提高合金的抗氯化一氧化腐蚀性能。 当试样表面有氯化物沉积盐时，含氯还原性气氛中Cr钢在400-5000C时的腐 蚀仍然可用氯化物沉积盐诱导的 活‘化氧化’和溶解一沉积的综合机制来解释。 Cr钢的腐蚀较其表面没有氯化物盐膜沉积时的腐蚀严重，所形成的氧化膜疏松、 不致密;在氧化膜/基体金属界面处有Cl的富集，且合金还易于发生内腐蚀。在试 样表面有氯化物沉积盐的情况下，在还原性含氯气氛中的腐蚀又较其在氧化性含 氯气氛中的腐蚀轻微。Cr的加入虽可以提高Cr钢在此含氯还原性气氛中抗氯化物 沉积盐腐蚀性能，但SS304中Cr含量高达l8at.%时仍然没有形成致密的、粘附性 良好的保护性Cr203膜。 最后，在2.25CrMo钢的表面采用电弧离子镀的方法制备出了(Ti,Al)N涂层， 并初步研究了其腐蚀行为。在还原性含氯气氛中无论表面有无氯化物沉积盐膜条 件下，(