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316L 不锈钢高温熔融 NaOH 耐蚀机制新研究

发布时间:2025-10-23 09:57

  在核反应堆中子慢化剂、热能存储系统等高温工业领域,熔融氢氧化钠(NaOH)因优异储热性能和成本优势被广泛应用,但当温度升至 600℃时,其强腐蚀性会对金属材料形成剧烈侵蚀,其中兼具经济性与基础耐蚀性的 316L 不锈钢面临严峻挑战。传统防护手段如氢气氛保护存在爆炸风险,碱度调控又难以形成稳定钝化膜,亟需探索新的耐蚀机制与防护路径。

  丹麦技术大学与 Seaborg Technologies 的研究团队近期在《Heliyon》期刊发表的成果,首次将海洋工程中成熟的外加电流阴极保护(ICCP)技术引入高温碱熔盐体系,为破解这一难题提供了关键突破。研究采用三电极体系与 Na/Na⁺参比电极,通过动态极化、计时电流法测试,结合扫描电镜(SEM)与能谱分析(EDS)等表征手段,系统探究了 316L 不锈钢在 600℃熔融 NaOH 中的腐蚀行为与阴极保护机制。

  实验发现,316L 不锈钢的耐蚀性与阴极保护电位呈现显著相关性。在开路电位(OCP)状态下,其腐蚀速率高达 30.8±3.9 mm / 年,表面形成厚度约 350μm 的疏松腐蚀层,且伴随大量裂纹;当施加 - 0.2V vs.OCP 的阴极电位时,腐蚀速率降至 10.5±2.1 mm / 年,降幅达 66%,腐蚀层厚度减至 150μm 且结构更致密,EDS 分析显示腐蚀产物中 Cr、Ni 元素保留率提升,钝化膜完整性得到改善。这一现象源于适度阴极极化抑制了阳极溶解反应,同时促进了保护性氧化物层的形成。

  值得关注的是,研究揭示了强阴极极化下的 "反常腐蚀" 机制:当电位负移至 - 0.4V vs.OCP 时,尽管腐蚀层厚度仅 70μm,但腐蚀速率激增至 53.2±10.7 mm / 年,试样出现明显 "肿胀"。进一步分析表明,此时阴极反应生成的钠金属会迅速与 NaOH 反应生成 Na₂O,后者继而与不锈钢基体中的铁元素反应形成可溶性 Na₄FeO₃,引发 "自催化" 腐蚀过程,完美解释了 "越保护越腐蚀" 的悖论。此外,熔盐 - 大气界面处因 H₂气泡逸出产生的对流效应,还会加剧局部腐蚀不均现象。

316L 不锈钢高温熔融 NaOH 耐蚀机制

  该研究的核心价值在于明确了 316L 不锈钢在高温熔融 NaOH 中的耐蚀临界条件:-0.2V vs.OCP 为最优保护电位,既实现显著腐蚀抑制,又可规避过度极化导致的加速腐蚀风险。这一发现不仅证实了 ICCP 技术在高温碱熔盐环境中的可行性,更通过量化电位窗口为工程应用提供了精确指导,对提升核反应堆、热能存储系统等关键设备的材料耐久性具有重要实践意义。

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