12月19日,從揚(yáng)州大學(xué)傳出消息:該校吳多利博士研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)家自然科學(xué)基金和江蘇省雙創(chuàng)博士項(xiàng)目相關(guān)項(xiàng)目的資助下,針對(duì)水蒸氣含量對(duì)鎳鋁涂層生物質(zhì)高溫腐蝕性能的影響進(jìn)行的系統(tǒng)研究,取得了關(guān)鍵性新突破。
日前,相關(guān)研究成果已在材料腐蝕學(xué)科國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《腐蝕科學(xué)》在線發(fā)表,這將為后續(xù)生物質(zhì)高溫腐蝕的防護(hù)措施提供更加全面的科學(xué)理論依據(jù)。
生物質(zhì)能作為最具潛力的可再生能源,已成為僅次于煤炭、石油和天然氣的第四大能源,開(kāi)發(fā)潛力十分巨大。生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)的推廣應(yīng)用,將是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的有效技術(shù)途徑,對(duì)于推動(dòng)我國(guó)生物質(zhì)資源規(guī)模化和高效清潔利用具有重大的作用。
吳多利介紹,目前,關(guān)于生物質(zhì)高溫腐蝕的研究大都針對(duì)具有腐蝕性的沉積鹽,但生物質(zhì)發(fā)電廠的實(shí)際工作環(huán)境中水蒸氣對(duì)鍋爐過(guò)熱器管道的腐蝕也不容忽視。該研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)水蒸氣含量對(duì)鎳鋁涂層生物質(zhì)高溫腐蝕性能的影響進(jìn)行系統(tǒng)的研究,深入闡述了不同水蒸氣含量下的涂層高溫腐蝕機(jī)理。
記者了解到,該團(tuán)隊(duì)針對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題,先通過(guò)高溫滲鋁的方法制備出致密性以及與基體的結(jié)合性良好的鎳鋁涂層,然后以鎳鋁涂層為實(shí)驗(yàn)樣品,將其放置于模擬生物質(zhì)高溫腐蝕環(huán)境的設(shè)備中進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,通過(guò)腐蝕增重,X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡對(duì)腐蝕樣品進(jìn)行表征,并對(duì)表征結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)深入的分析。
“腐蝕實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,每24小時(shí)需要將樣品取出,進(jìn)行稱重和涂鹽,其中涂鹽實(shí)驗(yàn)是需要純?nèi)斯げ僮鳎葵}量要求為5毫克/平方厘米,非常精細(xì),所以操作困難?!痹撗芯繄F(tuán)隊(duì)研究生劉蘇說(shuō),且涂鹽過(guò)程中,樣品需要一直放置在電阻爐上加熱,以保證鹽溶液及時(shí)沉積在樣品表面。
吳多利告訴記者,實(shí)驗(yàn)最終會(huì)呈現(xiàn)出怎樣的結(jié)果也是個(gè)未知數(shù),需花費(fèi)大量的精力和時(shí)間進(jìn)行分析。團(tuán)隊(duì)查閱大量文獻(xiàn)并討論研究,最終通過(guò)對(duì)一系列微觀反應(yīng)的總結(jié)和推理,結(jié)合熱力學(xué)定律,找出產(chǎn)生此實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原因,進(jìn)而對(duì)不同條件下的生物質(zhì)高溫腐蝕機(jī)理進(jìn)行了深入闡述。
該團(tuán)隊(duì)研究結(jié)果表明,在不含水蒸氣的條件下,涂層展現(xiàn)出優(yōu)異的抗腐蝕性能,在表面形成了以Al2O3(氧化鋁)相為主的保護(hù)層。在局部區(qū)域發(fā)生氯化物腐蝕,造成輕微的表面和晶間腐蝕。而在含水蒸氣的條件下,除氯化物腐蝕外,水蒸氣滲透到腐蝕層/涂層界面,并產(chǎn)生活性氯,進(jìn)一步加速腐蝕進(jìn)程。水蒸氣含量的增加會(huì)在涂層表面形成大量鋁酸鉀,從而抑制氯的產(chǎn)生并減少涂層中氧化物形成元素的消耗。水蒸氣含量為15%時(shí),涂層晶間腐蝕最嚴(yán)重;水蒸氣含量為30%時(shí),涂層表面腐蝕最嚴(yán)重。
吳多利認(rèn)為,在生物質(zhì)發(fā)電廠實(shí)際運(yùn)行中,可以通過(guò)生物質(zhì)燃料中水蒸氣的調(diào)控,實(shí)現(xiàn)對(duì)涂層高溫腐蝕行為更高的預(yù)期,助推生物質(zhì)發(fā)電的大規(guī)模推廣。因此,該項(xiàng)研究具有非常廣闊的發(fā)展前景,可以有效提高生物質(zhì)發(fā)電的效率,降低碳排放,助力我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。