小的合金元素对腐蚀行为的影响的Fe40Al NaCl-KCl熔融盐

文摘

Fe40Al的热腐蚀行为与Ag)金属间化合物合金,铜、李和倪(1 - 5哦%)NaCl-KCl(1: 1米)在670°C,典型的垃圾气化环境,评估通过极化曲线和减肥技术,相比之下,304年式不锈钢。重量和电化学技术表明,不同Fe40Al-base合金具有更高的耐蚀性比不锈钢。在不同Fe40Al-based合金,彼此之间的腐蚀速率是非常相似的,但很明显,除了李其腐蚀速率降低而所有其他元素增加它。结果解释的一个外部的形成和稳定,保护₂O₃层。

1。介绍

钠和钾的杂质在氯化物和硫酸盐的形式非常腐蚀性成分在一定的燃烧条件下燃用生物质成型燃料锅炉(如废物焚化炉和1,2]。热组件的早期故障经常发生由于复杂的金属材料之间的反应和充满敌意的燃烧环境。工艺设备问题造成炉边腐蚀经常遇到在焚化炉。饲料的主要问题是复杂的性质(浪费)以及腐蚀性杂质形成低熔点的化合物点重和碱金属氯化物防止氧化防护尺度的形成,导致加速降解的金属元素1]。特别是,在还原条件下如垃圾气化的典型操作的植物,甚至在局部减少情况下,经常出现在垃圾焚烧系统正确运行的情况下,很难形成保护性的氧化铬等尺度₂O₃、SiO₂,艾尔。₂O₃表面上的结构材料。因此,可以进一步增强腐蚀攻击减少大气盐的存在下存款(2]。

的影响个人氯化钾、氯化钠和它们的混合物与重金属氯化物和硫酸盐腐蚀行为的一系列合金系统详细研究了迄今为止(2- - - - - -9]。人们普遍意识到,Cr没有有效的耐腐蚀性元素Fe-based和氯化镍基合金由于攻击。相比之下,铝(Al₂O₃-)形成合金表现出有前途的候选人材料考虑更好的耐高温氧化铝对克劳莉娅及其属性,如低成本,低密度,高强度,和良好的耐磨性10- - - - - -13]。

为了获得更多的信息在腐蚀机制发生,电化学技术拨款超过重量的方法。自熔盐作为电解质,potentiodynamic极化曲线等电化学技术和线性极化电阻(LPR)测量可以使用就像杜卡迪et al。14)显示在最早的关于这一主题的作品之一。曾等人利用电化学阻抗谱(EIS)研究两阶段Cu-15Al腐蚀的合金的共晶(Li K)₂有限公司₃在650°C (15)和镍₃铝合金(Li Na, K)₂所以₄在650°C (16]。他们发现电化学阻抗的复平面建议这些合金的腐蚀速率快的形成是由于nonprotective氧化,腐蚀过程由扩散控制的氧化剂。Shirvani et al。17)用极化曲线来研究腐蚀性能的泥浆Si-modified铝化合物涂层在镍基超合金- 738 lc Na₂所以₄-20 wt. %氯化钠融化在750°C。朱et al。18)采用塔菲尔外推法,线性极化电阻,计时电势分析法,和EIS来确定腐蚀的铁和铁基合金熔融碳酸盐熔体对阴极和阳极在熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)环境中。Cuevas-Arteaga和同事(19- - - - - -21)已经成功地利用电化学技术研究材料的腐蚀钒酸在硫酸+环境和获得的信息都在这些环境中腐蚀的类型和机制。因此,这项工作涉及的电化学研究的效果添加合金元素如铜、李,倪,Ag Fe40Al金属间化合物合金腐蚀NaCl-KCl(1: 1米)在670°C。相比之下,传统的减肥实验已经进行了。

2。实验的程序

的二进制Fe-40锭。% Al和三元Fe40Al-X (X = 1和3。% Cr和李,3和5。%倪或Ag)合金使用高频真空感应炉是捏造的。化学元素的高纯度(99.9%)被放置在一个氧化铝坩埚放入石墨坩埚为了感应真空下融化。熔融Fe-40Al, Fe40Al-X合金涌入一个矩形库珀模具。生产的锭被切的金刚石砂轮切割机小长方体的面积从1.5到2.5厘米²。Potentiodynamic极化曲线测量和减肥。详细的实验装置电化电池用于这项工作得到其他地方(22]。细胞的身体是15毫升石英坩埚。最重要的元素是一个参考和辅助电极,由0.5毫米直径的铂(Pt)线和莫来石管中充满了商业耐火材料,陶瓷水泥。盐的数量在每次运行0.5 g的暴露面积1.0厘米²在静态条件下。电接触是由焊接80 wt. %说倪线标本。极化曲线得到的偏振标本−500 + 1500 mV_Pt关于免费的腐蚀电位值,,扫描速度1.0 mV / s。腐蚀电流密度值,采用塔菲尔外推法计算,这是有效的根据(这里使用的扫描率21)和一个外推带±250 mV一旦稳定值。的工作盐由500毫克/厘米²的共晶混合物NaCl-KCl, 1: 1 M,分析级为每个测试。测试温度为670°C在静态空气条件。测试之前,样品表面被磨的标准技术准备与SiC从240年到600年勇气砂纸,用水洗,用丙酮脱脂。减肥的测试进行了电熔炉在静态空气在100小时。所有材料都是加工成标本的尺寸大约10毫米×15毫米×1.5毫米,然后停飞600年级砂纸,在超音速丙酮浴清洗。腐蚀试验后,腐蚀速率测量减肥。三个样本的每个条件测试贴纸根据ASTM G1 81标准和化学清洗。相比之下,同样的测试完成了304年式不锈钢。每个热都安装在胶木之一横截面和抛光分析地下腐蚀作用使用扫描电子显微镜(SEM)和能量色散谱(EDX)辅助进行微量化学分析。

3所示。结果与讨论

图1表明的质量损失不同合金的共晶混合物NaCl-KCl改变接触在100小时670°C。可以看出,304年式不锈钢遭受腐蚀速率最大,超过一个数量级高于所有Fe40-based合金。李等人。2获得非常类似的结果在NaCl-KCl Fe45Al合金混合物在670°C 100小时。在不同Fe40Al-based合金,李1或3%的纯粹的Fe40Al合金的腐蚀速率降低,而Ag)、Ag)或Ni增加;然而,这种区别是边际。

的影响1和3% Ag Fe40Ag基合金的极化曲线,加上一个304 -不锈钢类型,显示在图2。可以看出,纯粹的Fe40Al-based合金显示一个主动-被动行为,与一个值接近−927 mV和一个价值0.15 mA /厘米²。应用潜力是更多的阳极,阳极电流密度值增加,直到达到一个或多或少固定的值,也就是说,一个被动的地区,在800年和600−−mV,突然增加的电流密度值出现。一些阳极峰观察到500−−400 mV,分别。第二,狭窄的被动的地区可以观测到200−mV,之后再次阳极电流密度增加,直到达到一个阳极极限电流密度。这可能是由于外部层的存在,作为一个屏障的入口激进的物种。Ag)合金加入一定量时,价值是由阳极和更多值增加。被动的存在地区Ag-containing合金不是很清楚;然而,对于两种合金,450−mV阳极电流密度值显示或多或少的恒定值,虽然这不是很明显的合金含有3% Ag)。阳极存在的极限电流密度,低于Fe40Al基合金观察,观察到在这两种情况下的潜在价值接近200 mV。腐蚀电流密度值304 -类型不锈钢高于三Fe40Al-based合金的至少一个数量级,并没有证据表明被动的地区。根据质量损失数据(图1)304 -类型不锈钢腐蚀速率最高。

添加3%的铜并不影响很大价值的5%铜,可以看到在图3。自由腐蚀电位变得更加活跃的3%的铜,但是它变得高贵的5%铜时补充道。被动地区包含3%的合金铜是更广泛和更稳定的合金比纯粹的所示的基地,左右开始完成约300−−1100 mV和mV,在击穿电压。没有证据表明合金含有5%的被动的地区铜、阳极溶解,阳极电流密度最高的价值。同样地,添加3或5%镍改变了价值向高贵的方向,而价值仅略下降的5%镍(图4)。被动的存在地区被发现只有3%的镍之间−300和0 mV,达成了击穿电压。在这一点上,观察到一个阳极极限电流密度值在两种情况下,值略低于发现纯粹的Fe40Al-base合金。

最后,当李添加(图5),成为高贵的价值的1%,但李更积极的为3%。此外,腐蚀速率,表示的腐蚀电流密度值,减少了在这两种情况下,只是减肥的结果在图就证明了这一点1。比这更广泛和稳定的被动地区发现纯粹的Fe40Al基合金之间发现1000−−300 mV。不像这个,没有被动的地区可以看到李的1%,但只有阳极溶解直到到达阳极极限电流密度。因此,可以看出,不同合金元素有不同的影响在熔融NaCl-KCl Fe40Al合金的电化学行为。表1给不同的电化学参数的总结得到的极化曲线。图6给出了腐蚀电流密度值,所有Fe40Al-based合金,可以看出最高的值对应于304 -类型不锈钢,而最小值对应于Li-containing合金。类似的结果与减肥测试(图1),因此,这两个重量和电化学技术给了相似的结果:所有不同Fe40Al-based合金有更好的耐腐蚀性能比304年式不锈钢NaCl-KCl混合物在670°C。

图7显示了腐蚀的显微照片纯粹的Fe40Al-based合金与x射线的映射,O, Cl,在那里可以看到艾尔和O的存在,也许代表什么似乎是一个保护性的形成₂O₃氧化,这是负责被动行为中观察到这种合金的极化曲线(图2);艾尔的缺失和O在某些点表明外部₂O₃氧化是多孔,被激进的熔盐溶解。李等人。2),腐蚀Fe45Al合金在670°C NaCl-KCl盐在48小时内,发现₂O₃作为主要化合物形成的外部层。合金包含3 Ag)图8啊,,有证据表明,Cl,表明外部保护基地的形成₂O₃Cl-containing氧化溶解的盐;然而,有证据表明内部沿晶界氧化。一个外部的形成₂O₃合金的氧化更明显包含3李(图9),可以看出,Cl等积极的离子^{- - - - - -}实际上仍在保护₂O₃氧化,但最终,这个氧化物熔盐溶解,溶解底层的合金。氯和铝都似乎在外部形成一个复合盐,据李et al。2),可能是液体间变性大细胞淋巴瘤引起₃融化在192°C。Al-depleted和O-rich区可以观察到所有的合金。这两种合金在极化曲线(数据显示一个主动-被动行为2和5),这是由于一个附着的存在,保护₂O₃层。

因此,可以看出,合金的腐蚀防护对抗盐融化攻击取决于两种金属的化学稳定性及其氧化物、氯化物等化合物。事实上,保护性的氧化物的分解容易发生溶解到融化,和氧化降解率会特别快,如果有一个高溶解度融化。因为从热力学的角度来看,艾尔是所有不同的调查中最活泼的元素元素;铝氧化氯或其他元素形式优先。melt-substrate接口,氧潜力低氯潜力是相对较高的,,因此,液体氯化铝形式向外传输,留下一个铝耗尽层中观察到的数字7- - - - - -9。melt-atmosphere界面附近,从氯化铝过渡到其发生氧化,onlyrelatively低氧压力是必要的,因为stablenature氧化铝。因此,铝的优惠取消矩阵是增强的,基本上的形式高度氯化挥发性液体。这个过程似乎有利于帮助建立一个保护氧化铝,铝₂O₃由于快速、规模铝供应。不同合金元素的作用是帮助更稳定的氧化铝层的合金,提高合金的腐蚀速率融化。

4所示。结论

研究合金元素的影响如Ag)、李、铜和镍的耐腐蚀Fe40Al金属间化合物合金NaCl-KCl混合物在空气中在670°C下进行了通过减肥和potentiodynamic极化曲线。这两种技术表明,不同Fe40Al-based合金的腐蚀速率远低于304 -类型不锈钢近一个数量级。李的纯粹的Fe40Al-base合金的腐蚀速率降低,而Ag)、镍或铜增加它。然而,不同的Fe40Al-based合金的腐蚀速率是在同一个数量级。结果解释的形成和稳定的外部防护氧化铝,铝₂O₃层。

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