第一作者：喻政 通讯作者：陈明辉 通讯单位：东北大学 CSTR: 32134.14.1005.4537.2024.015 DOI: 10.11902/1005.4537.2024.015 全文速览 煤灰的腐蚀性随着其中碱金属硫酸盐和氯盐含量的增加而迅速增加，不锈钢传热管难以抵抗高硫和高氯煤灰的腐蚀。渗铝涂层在该条件下可能存在特殊的抗腐蚀机理。因此研究了700℃时煤灰中的碱金属硫酸盐（Na2SO4 + K2SO4）和氯盐（KCl）含量对HR3C和渗铝HR3C腐蚀的影响。合金的腐蚀形式为氧化+内硫化/氧化，当不存在氯盐时，合金的腐蚀深度随着Na2SO4 + K2SO4的质量分数呈线性增加，渗铝的HR3C合金仅发生了轻微的氧化。保持碱金属的含量不变，增加KCl的含量至0.5、1、2wt.%时，HR3C的腐蚀程度呈跳跃式的加剧，渗铝样品依然保持着良好的腐蚀抗性。 背景介绍 使用农作副产物如秸秆等生物质能部分替代煤炭发电，不仅可以减少二氧化碳排放，还有利于减少其他常规污染物的排放。但是，目前大多数发电设备都是为燃煤而设计的，必须研究添加生物质燃料对现有锅炉的影响。据报道，在150MW级煤粉锅炉中，煤+20%木料共燃比纯煤燃烧更容易引起炉壁内锅炉传热管的腐蚀，因为共燃产生的K2SO4和Na2SO4是煤燃烧的两到三倍，氯的含量也增加了数倍。HR3C不锈钢因为高的耐蚀性在中国的620 ℃超超临界电站中得到了广泛的应用，但是很少见到它在新燃烧环境中的腐蚀研究，特别是含氯的环境。α-Al2O3比Cr2O3在面对氯盐侵蚀过程具有更高的稳定性，渗铝是最容易在钢表面获得Al2O3的方式，然而其在900℃以下很难形核。许多报道认为刚玉结构的外在沉积物和环境中的水蒸气也能促进保护性Al2O3在低温下形成。总之，煤灰腐蚀是一个复杂的过程，铝化物涂层可能是有效的防护手段之一。因此本实验研究了HR3C合金和它渗铝后的样品在沉积不同煤灰后的腐蚀行为，探索了煤灰中碱金属和氯化物含量对材料腐蚀的影响，从而扩展合金的适用范围并且探索铝化物涂层的可行性。 本文亮点 本文研究发现在碱金属和硫酸盐的总含量≤4wt.%时，渗铝涂层不仅没有发生腐蚀，甚至没有发生煤灰的吸附和烧结。随着碱金属硫酸盐含量的增加，煤灰的烧结逐渐严重，但腐蚀并未加剧；随着碱金属氯盐含量的增加，腐蚀程度缓慢增加。 图文解析 图1是A-HR3C合金在碱金属硫酸盐和氯盐含量不同的6种煤灰腐蚀1000小时后的形貌照片，1a、1d和1e样品的腐蚀是非常轻微的，表面因研磨留下的划痕依然清晰可见。它们腐蚀产物主要是Al2O3，仅有极少量的Fe2O3吸附在表面。随着碱金属含量的增加，煤灰中的成分开始大量吸附在表面（图1b、c），能谱显示其中最多的是Fe2O3（p2、p3）。当KCl含量增加至2%时，样品的表面上烧结了大量的煤灰。而且发现了明显熔融的痕迹（p6），能谱显示Si、Al、Fe在这里富集。腐蚀开始向涂层内发展，在1000小时后达到了最大4.2μm，约是无涂层HR3C的二十五分之一。 总结与展望 在700℃时，煤灰和烟气以氧化+内硫化/氧化的形式腐蚀HR3C合金。增加煤灰中的Na2SO4 和 K2SO4含量，不会导致合金腐蚀增重的明显增加，但是会增加合金内硫化的深度。氯盐的参与会明显加速合金的腐蚀，仅2wt.%的KCl便会导致极其严重的腐蚀。 渗铝合金表现出了优异的抗腐蚀性能。碱金属硫酸盐含量的增加对渗铝合金的腐蚀几乎没有影响。氯对腐蚀的影响也不明显，添加超过2 wt.%的KCl才能观察到明显的腐蚀现象，此时渗铝合金的腐蚀深度仅为HR3C基体的约二十五分之一。渗铝涂层在煤灰氯含量较低时的抗烧结和吸附能力也增加了其在换热器管上的应用前景。 作者简介 第一作者：喻政 喻政，1995年生，博士研究生，研究方向为金属的高温腐蚀与防护。 Email: Yuzheng_199501@163.com 通讯作者：陈明辉 陈明辉，mhchen@mail.neu.edu.cn，东北大学材料科学与工程学院副院长，教授，博导，国家级青年人才，入选辽宁省优青、兴辽英才，任中国腐蚀与防护学会高温专业委员会副主任委员，研究方向为高温防护涂层与自润滑复合材料，承担科工局、国家自然科学基金等项目40余项，在Acta Materialia、Corrosion Science等杂志发表SCI收录论文100余篇，申请美国发明专利、国家发明专利和国防发明专利40余件。
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