电站锅炉深度调峰超温工况下水冷壁腐蚀机理研究

针对电站锅炉工况下水冷壁超温现象导致的水冷壁腐蚀问题，研究了电站锅炉水冷壁T22和12Cr1MoVG在600℃与650℃超温工况下的腐蚀行为及机理。利用分析天平获取两种耐热钢的腐蚀动力学曲线；利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜与能谱分析仪获得腐蚀产物的物相、微观形貌与元素分布，结合腐蚀产物热力学计算分析其演变规律和剥离机理。研究结果表明：深度调峰超温工况下，两种耐热钢的腐蚀动力学曲线在反应初期符合抛物线型规律，之后转变为直线型规律；600℃和650℃下，腐蚀规律转折点时间分别为25 h和4 h,说明温度能够加速耐热钢腐蚀规律转变；耐热钢T22和12Cr1MoVG表面形成的腐蚀产物主要为Fe₃O₄、FeCr₂O₄、Fe₂O₃和FeS;T22和12Cr1MoVG在600℃下的腐蚀层厚度大于650℃工况。耐热钢表面腐蚀产物随着反应的进行发生剥离，甚至部分发生剥落，主要原因归结于硫化物的出现。综合耐热钢腐蚀的质量变化、腐蚀层厚度和腐蚀产物微观形貌成分分布规律，T22...     

预氧化对高温CO2环境下典型耐热材料腐蚀行为的影响研究

为提高耐热材料在高温CO₂中的抗腐蚀性能，以耐热材料Sanicro 25、HR6W、HR230和740H为对象，经高温O₂短时预氧化后开展CO₂腐蚀实验。采用分析天平测量耐热材料腐蚀前后质量变化；利用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱分析仪表征腐蚀产物形貌、成分及其分布。实验结果表明：预氧化后耐热材料在900℃CO₂中的腐蚀动力学曲线符合抛物线规律；预氧化后4种耐热材料表面氧化物主要为Cr的氧化物和少量零星团状的Fe氧化物，该富Cr氧化膜有效减低腐蚀行为的离子扩散，从而降低耐热材料的腐蚀质量增加；耐热材料Sanicro 25和HR6W表面腐蚀层厚度减薄，而740H内氧化加剧。结合耐热材料腐蚀质量变化与腐蚀产物，高温预氧化处理可提高HR6W和HR230的抗高温CO₂腐蚀性能。     

超临界二氧化碳条件下3种典型耐热钢腐蚀特性实验研究

针对超临界电站锅炉蒸汽侧氧化皮剥落严重,主要研究了新型超临界二氧化碳动力系统高温部件材料腐蚀问题。选取典型耐热钢T91、TP347HFG和Sanicro 25为实验材料,在超临界二氧化碳腐蚀实验系统上进行650℃、15 MPa工况条件下500 h的腐蚀实验。腐蚀实验结束后,通过分析天平测得耐热钢腐蚀前后的质量变化;利用拉曼光谱仪、X射线衍射仪和辉光放电光谱仪对耐热钢表面腐蚀产物进行物相和成分表征以获得耐热钢的腐蚀行为。腐蚀质量增量结果表明,3种耐热钢的腐蚀动力学符合抛物线腐蚀规律,且T91腐蚀质量增量高于其他两种奥氏体耐热钢。微观表征结果显示,耐热钢T91表面腐蚀产物从二氧化碳/氧化物界面到基体依次为Fe_3O_4、(Fe,Cr)_3O_4和弥散于基体的碳化物,而奥氏体耐热钢腐蚀产物从气固界面到基体主要为Cr的氧化物、Mn和Si的氧化物和碳化物。耐热钢腐蚀产物表面观察到了碳的沉积现象。基于耐热钢表面的腐蚀产物,提出了利用腐蚀退化深度表征耐热钢的抗腐蚀性能。3种耐热钢的腐蚀退化深度从大到小依次为Sanicro 25、TP347HFG和T91。     

高温CO_2环境下表面划痕对耐热钢T92、TP347H和TP347HFG腐蚀行为的影响

针对热能动力设备结构材料在高温CO_2环境下的潜在腐蚀问题,采用间隔取样对比法研究了表面存在划痕的耐热钢T92、TP347H和TP347HFG在600℃CO_2环境中的腐蚀行为。采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱分析仪对腐蚀产物的成分、分布及含量进行表征。实验结果表明:3种实验材料的腐蚀动力学曲线均遵循抛物线型规律;材料表面划痕加剧了耐热钢T92的内氧化,导致TP347H和TP347HFG表面划痕内部出现剥落现象。根据腐蚀热力学计算,给出了TP347H在600℃CO_2环境中的Cr-C-O相图,明确了碳化物的分布。对比TP347H和TP347HFG发现晶粒细化加剧了渗碳行为,恶化了贫Cr区,破坏了富Cr氧化膜,从而降低了TP347HFG的抗腐蚀性能。     

316L钢在超临界水拟临界区内的腐蚀行为特性研究

为研究金属材料在超临界流体拟临界区内的腐蚀行为,解释拟临界区内腐蚀加剧现象的形成机理,采用超临界流体反应釜腐蚀实验平台,对316L奥氏体不锈钢在375.6℃、22.5 MPa, 405.6℃、22.5 MPa以及405.6℃、28.6 MPa 3种超临界水工况下进行200 h的静态腐蚀实验,并通过电子天平称量、扫描电子显微镜分析、X射线能量色散光谱仪分析和X射线衍射分析等方法对试样的腐蚀情况进行了分析。结果表明：316L不锈钢在拟临界区（375.6℃、22.5 MPa）腐蚀加剧,腐蚀速率最高,腐蚀产物最为复杂;在拟临界区的腐蚀产物为两层,外层为Fe₃O₄、Fe₂O₃,内层为FeCr₂O₄,而在超临界压力高参数区（405.6℃、28.6 MPa）只形成一层Fe₃O₄,内层产物膜尚未形成。通过对腐蚀机理分析发现,由于超临界水在拟临界区的物性剧烈变化,动力学作用增强,加速了氧等腐蚀性介质向材料基体的迁移,加剧了腐蚀产物...     

AlCoCrFeNi高熵合金的高温氧化性能

测定AlCoCrFeNi高熵合金高温氧化后的氧化动力学曲线，采用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱仪等分析合金氧化层的物相、形貌、结构和成分，利用硬度计测定不同温度下氧化产物的硬度，从热力学和动力学角度深入分析AlCoCrFeNi高熵合金的氧化机理.结果表明：AlCoCrFeNi高熵合金在800～1 000℃下具有较好的抗氧化性能，高于1 000℃时合金退化较为明显；AlCoCrFeNi高熵合金800℃氧化时Al与O元素亲和力最大，并且高熵合金中Al原子扩散速率最大，Al率先在合金表面形成连续的Al₂O₃膜，随着温度的升高，其他原子也扩散至表面发生氧化反应，合金表面出现Cr₂O₃和尖晶石等，氧化物逐渐长大，1 100℃时长大的尖晶石易从合金表面脱落；随着氧化温度的升高，AlCoCrFeNi高熵合金的显微硬度逐渐升高.     

CO2辅助蒸汽驱对四种钢的腐蚀性能影响模拟

CO₂辅助蒸汽驱是稠油开采的新型方式,但有关CO₂辅助蒸汽驱注气井中井下管柱CO₂腐蚀行为的研究较少。为此,利用高温高压釜模拟CO₂辅助蒸汽驱注气井筒工况,在CO₂分压为2 MPa,240 ℃的条件下,对4种常用的油套管钢进行了失重腐蚀挂片试验,得到了模拟工况下油套管钢的腐蚀速率,利用SEM观察了4种材质的微观腐蚀形貌,并采用SEM和EDS对4种管材的腐蚀产物进行了表征。结果表明,在实验条件下,4种材质的均匀腐蚀速率均小于油田的腐蚀控制指标（0.076 mm/a）;N80钢的腐蚀形态为均匀腐蚀,而3Cr、9Cr和13Cr钢的腐蚀形态为局部腐蚀;4种钢材的腐蚀速率均满足CO₂辅助蒸汽驱注气井筒腐蚀控制要求。     

T91、S304及渗铝涂层在含硫含氯气氛中的高温腐蚀研究

采用粉末包埋法在耐热钢T91表面制备渗铝涂层并研究了T91、S304以及渗铝涂层在600℃和650℃下典型燃煤气氛4%HCl+2%SO_2+94%O_2中的腐蚀行为。结果显示耐热钢T91和S304合金在600℃和650℃下均受到了气氛中S和Cl的加速腐蚀。在2种温度下,低Cr含量的T91腐蚀时其表面均生成了外层富Fe内层富Cr的不具有保护性的FeCr混合氧化物层,腐蚀增重很大;Ni和Cr含量较高的S304由于硫化氧化和活化氧化机制使得表面腐蚀产物脱落严重,特别是在较高的温度650℃腐蚀时。当T91表面采用粉末包埋法渗铝后能显著降低在这2种温度下的腐蚀增重,原因是高温腐蚀后在涂层表面生成了一层连续、致密、与涂层结合良好的保护性氧化膜Al_2O_3,这层氧化膜能有效的防止S和Cl的渗透作用,因而对基体合金起到了良好的防护作用。     

硬线产品吐丝温度及冷却工艺对氧化铁皮结构的影响

以硬线产品为研究对象,分析不同吐丝温度及冷却速率对硬线表面氧化铁皮结构的影响。研究结果表明：线材经过吐丝及冷却过程后得到的氧化铁皮组织主要以Fe₃O₄,FeO和先共析Fe₃O₄为主,Cr质量分数不同导致界面位置会有Fe₃O₄接缝层或Cr富集层生成;吐丝温度能够直接影响Fe₃O₄的体积分数,冷却工艺则会影响到FeO中形成的先共析Fe₃O₄的体积与形核率。同时,若基体含有较高质量分数的Cr元素,则在氧化过程中界面位置处会形成Cr的富集层,可以起到与Fe₃O₄接缝层相同的阻碍离子扩散的作用,加速先共析反应的发生。     

CO2对Fe2O3催化剂NH3-SCR脱硝性能影响

考虑到CO₂是固定源和移动源废气中的主要组分,Fe₂O₃是铁基催化剂中的重要活性物质,研究了CO₂对Fe₂O₃催化剂NH₃-SCR脱硝性能的影响.结果表明,CO₂的加入在300℃以下明显抑制了催化剂的NH₃-SCR性能.这主要是因为CO₂的存在改变了催化剂表面NH₃/NO_x的吸附行为,从而影响了NH₃-SCR反应.原位漫反射傅里叶变换红外光谱和程序升温脱附实验结果表明,CO₂可以被吸附活化成碳酸盐物种;这些碳酸盐物种可以作为新的酸性位点吸附NH₃物种,促进催化剂对NH₃的吸附;但同时CO₂和NO_x之间存在竞争吸附,这会导致催化剂表面生成的关键NO₂物种和硝酸盐物种的减少,从而...     

Ni-Cr-W 基高温合金高温氧化行为研究

研究了一种Ni-Cr-W基高温合金在700～1 200℃的高温氧化行为。采用XRD,SEM/EDS,拉曼光谱和维氏硬度等表征手段对氧化膜中物相、微区成分分布及合金表面硬度等结构及性能进行了研究。结果表明：随着氧化温度增加,合金中的Ni和Cr最先被氧化形成Cr₂O₃和NiO,其中的Cr₂O₃是致密的氧化层;当温度高于1 050℃时,有少量的SiO₂生成;实验范围内合金的氧化动力学曲线符合指数增长规律,氧化增重量都小于1 mg/cm²,说明合金是抗氧化级;合金在1 200℃下循环氧化后,氧化层厚度和增厚量都明显增加,其抗氧化性能明显变差;在1 100℃下氧化后合金的维氏硬度基本不变,而经过1 200℃循环氧化后氧化层会出现起皮剥落,导致合金表面硬度下降。     

Ni系低温钢的高温氧化行为研究

为研究Ni系低温钢的高温氧化行为,利用Setsys Evolution型高温同步热分析仪对Fe-3.5Ni和Fe-9Ni钢在700~1200℃的氧化行为进行了研究,采用电子探针(EPMA)、场发射扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等手段表征了氧化物微观形貌和物相组成.结果表明:700~1200℃条件下氧化2h后,Fe-3.5Ni钢和Fe-9Ni钢的氧化增重曲线规律相似,相同氧化温度条件下,单位面积Fe-9Ni钢的增重量低于Fe-3.5Ni钢.随氧化温度的升高,试样表面依次出现团絮状、晶须状和不规则多边形状Fe₂O₃.氧化分为内氧化和外氧化,内、外氧化层厚度随氧化温度的提高逐渐增加,且900℃是两种钢外氧化层厚度发生突变的临界温度.内氧化层由FeNi₃和混合物(FeO+Fe₃O₄)组成,外氧化层由Fe₂O₃,Fe₃O₄和FeO组成,且外氧化层内包裹着尖晶石相NiFe₂O₄;随着Ni含量增加,NiFe₂O₄增多并形成连续的薄带.     

X80管线钢的高温氧化行为

利用热重法对X80管线钢高温氧化行为进行系统研究,分析不同温度下氧化增重和氧化铁皮形貌演变规律及合金元素在氧化层与钢基体界面处的分布规律.实验结果表明:700~1200℃范围内,X80钢氧化增重曲线呈现抛物线规律.此外,氧化铁皮厚度随温度升高而增加,特别是当温度高于800℃时,由于金属基体存在相变,氧化铁皮厚度急剧增加.高温条件下X80钢氧化铁皮为典型三层结构,外层为极薄的Fe₂O₃,中间层为Fe₃O₄,内层为粗大柱状晶FeO,并在靠近钢基体处形成一层晶粒细小的内氧化层,内氧化层阻碍了铁氧离子的相互扩散,提高了X80管线钢的高温耐蚀性.     

热处理对硝酸熔盐中347H不锈钢腐蚀行为的影响

利用静态熔盐浸泡实验,研究了不同晶粒度的347H不锈钢在565 ℃混合硝酸熔盐(60%NaNO₃+40%KNO₃)中长达120 h的腐蚀行为.通过增重法绘制腐蚀动力学曲线,并研究347H不锈钢的表面腐蚀产物、物相、腐蚀表面微区成分,解释347H不锈钢在硝酸熔盐中的腐蚀机理.结果表明:经过固溶处理调控晶粒度的347H不锈钢在熔盐腐蚀中腐蚀速率有所降低,腐蚀动力学曲线变为线性增长趋势.通过XRD检测得到,347H不锈钢在硝酸熔盐中的腐蚀产物主要是Fe₂O₃和少量的Fe₃O₄及NaFeO₂.Fe₃O₄,结构致密,能有效减小硝酸熔盐对钢基体的腐蚀,导致347H不锈钢在腐蚀后期质量损失有所降低.腐蚀产物形貌和横截面厚度分析结果表明,经过1 160 ℃固溶处理1 h后不锈钢晶粒度达到7级时,腐蚀层厚度达到最低为0.661 μm,此时347H不锈钢在硝酸熔盐中的耐腐蚀性达到最好.     

锂离子在LiMn2O4正极材料中的界面过程

采用交流阻抗法研究了锂离子在LiMn₂O₄正极材料中的界面过程.结果表明：LiMn₂O₄电极的交流阻抗复平面图中高频区的半圆，是由电解液中的锂离子在LiMn₂O₄表面吸附形成表面层的电阻和电容引起的，中频区的半圆是由电极LiMn₂O₄内的电荷转移反应电阻和双电层电容引起的，而低频区的直线则是由锂离子在LiMn₂O₄中的扩散引起的.     

粉末冶金Ti–45Al–10Nb合金的高温抗氧化性能

通过粉末冶金法制备了化学成分为Ti–45Al–10Nb的高Nb含量的TiAl合金,并研究了其在850、900和950°C下的抗氧化性能。根据氧化皮形貌和微观结构演变分析,讨论了高温下的抗氧化机理。850°C和900°C的氧化皮结构相似,TiO₂+Al₂O₃混合物覆盖在弥散分布TiO₂+Nb₂O₅的基体层。在950℃时,氧化皮从外部到母体金属分为四层:疏松的TiO₂+Al₂O₃层、致密的Al₂O₃层、致密的TiO₂+Nb₂O₅层和弥散分布TiO₂+Nb₂O₅的基体层。Nb层抑制了Ti原子的向外扩散,阻碍了TiO₂的生长,同时促进形成连续的Al₂O₃保护层,使合金具有长期的高温抗氧化能力。     

通过Al2O3纳米流体润滑实现板带钢热轧过程的防氧化

板带钢热轧过程的氧化损失造成了极高的能源和材料损耗,是近年来的研究热点。而本文研究发现,将Al₂O₃纳米流体应用于板带钢热轧过程,能够在起到润滑作用的同时同步实现对带钢表面的氧化抑制作用,进一步通过板带钢热轧实验和分子动力学（MD）模拟研究了其作用机理。首先,Al₂O₃纳米粒子的加入显著提高了润滑剂的润滑性能,使轧后带钢的表面形貌最佳、粗糙度最低、表面缺陷最少。此外,钢板表面生成的氧化皮也变薄,铁氧化物中Fe₂O₃的比例显著变低。同时,轧后带钢表面有纳米粒子沉积,形成了厚度约193 nm的保护层。保护层主要由Al₂O₃和烧结的有机分子组成,阻止了钢板基体与空气的直接接触,从而实现了氧化抑制作用。分子动力学模拟结果表明,Al₂O₃层可以同时通过物理吸附和穿透阻隔效应阻挡了O₂和H₂O分子向金属基体的扩散。     

Ti对Sn-xTi/Al2O3润湿性的影响

针对添加活性元素Ti有利于改善金属/Al₂O₃体系的润湿性、但润湿机制仍不明确问题,研究采用改良座滴法,研究了熔融Sn-(原子分数为0%、2%、5%)Ti合金在973~1 273 K高真空中在Al₂O₃表面的润湿性.研究结果表明:Ti原子分数的增加会显著改善Sn-xTi/Al₂O₃体系的润湿性,润湿性改善的原因在于Ti在界面处的吸附降低了固/液界面自由能,而并非界面析出的反应产物.对此结论,应用吸附的统计热力学模型验证了实验结果,并证明Sn-xTi/Al₂O₃体系的铺展动力学在很大程度上受控于吸附动力学.     

X65碳钢的H2S/CO2腐蚀控制因素研究

目前,H₂S/CO₂腐蚀过程的控制因素判定依据主要参考Dunlop等的研究结果,但该判定结果经常与油田实际腐蚀情况不相符。为找到造成偏差的主要原因,更好地指导生产实践,采用动态高温高压釜,使用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）和X射线衍射（XRD）等手段对X65碳钢在H₂S/CO₂共存体系中的腐蚀控制因素进行了研究。结果表明,不同温度下平均腐蚀速率随H₂S/CO₂分压比（p_H2S/p_CO2）的变化呈现两种不同的规律,这与腐蚀产物的膜形态和组成密切相关;腐蚀控制因素与p_H2S/p_CO2有关,而p_H2S/p_CO2临界值大小与温度密切相关。对于H₂S腐蚀控制,当温度低于40℃时,Dunlop等的研究结果仍然适用;当温度从40℃升高至60℃时,本研究的p_H2S/p_CO2临界值由0.05升高到0.10。对于CO₂腐蚀控制,本研究的p_H2S/p_CO2临界值在85℃以上时由原来的0.002逐渐升高到0.003。根据以上研究结果,修正了X65碳钢的H₂S/CO₂腐蚀过程的控制因素与p_H2S/p_CO2及体系温度的关系图。     

CO2在页岩储层中的绝对吸附量及其影响因素分析

准确测定页岩对CO₂的吸附能力是研究页岩能否长期稳定封存CO₂以及评价注CO₂提高页岩油气采收率的关键。基于质量守恒原理,在考虑CO₂吸附相体积对吸附系统自由空间体积影响的基础上,推导了绝对吸附量与吉布斯吸附量之间的转换关系式。并通过开展重量法等温吸附实验,研究了黏土矿物含量、CO₂注入压力、相态类型、温度和页岩颗粒粒径对CO₂吸附量的影响。实验结果表明,液态CO₂比气态和超临界态具有更高的吸附量,且CO₂吸附量随注入压力的增加先快速增大后趋于稳定,随温度的升高而降低,但受颗粒粒径影响较小。CO₂绝对吸附量大于吉布斯吸附量,两者差值随页岩黏土矿物含量和页岩颗粒粒径的增加而增大,随储层温度的升高而降低,随CO₂注入压力的增加先增大后减小。当CO₂为液态时两者差值最大,其次为超临界和气态。目标区页岩CO₂吸附能力与已成功实施封存的...