中科院金屬所劉莉Corros. Sci.：Fe-20Cr合金在600℃ NaCl溶液中的腐蝕行為的研究

【引言】

海洋環境是一個高度潮濕和鹽堿的環境，尤其是海洋空氣中含有大量的NaCl顆粒和水汽。過去十年的研究結果表明，在中溫下，固體氯化鈉沉積物和水蒸氣的協同作用加速了飛機和船舶在海洋環境中工作的渦輪葉片材料的腐蝕行為。

金屬/合金的腐蝕行為，不僅包括純Fe，純Cr 和不同Cr含量的Fe-Cr合金，還包括金屬如高溫鈦基合金Ti60、304不銹鋼、K38G合金等。不同的金屬對特殊的腐蝕環境有不同的敏感性。堿金屬氯化物和濕法氧氣對不銹鋼的協同效應歸因于“活性腐蝕”（Cl循環）機制。根此Cl^-在這個特殊的環境中作為腐蝕的催化劑。此外，金屬與堿金屬氯化物之間的化學反應產生的HCl和Cl₂氣體會使Fe合金，Fe-Cr合金和Ni-Cr合金的腐蝕速率倍增，堿金屬氯化物在500-700℃的水蒸氣或無水蒸氣的環境下對多種金屬腐蝕有影響。實際中，飛機的渦輪葉片、海洋空氣中的船舶、廢電廠中的蒸汽過熱器，在金屬表面上形成厚的固體NaCl或KCl沉積層都是非常困難的。

【成果簡介】

近日，中國科學院金屬研究所劉莉(通訊作者)等人在期刊Corros. Sci.發表了題目為“Studies on the corrosion behavior of Fe-20Cr alloy in NaCl solution spray at 600?°C”的最新研究的文章。通過建立一個模擬海洋大氣環境的新型仿真裝置，通過設計該裝置接近飛機發動機葉片材料的實際使用環境，并通過質量增益測量、掃描電子顯微鏡、X射線衍射、X射線光電子能譜等方法，與固體NaCl在水蒸氣中的腐蝕行為進行了比較，研究了Fe-20Cr在600℃NaCl溶液中的腐蝕行為，并與同溫度下水蒸氣固相NaCl沉積的Fe-20Cr合金的腐蝕行為進行了比較，根據實驗結果討論了Cl對Fe-20Cr在NaCl溶液中的腐蝕行為的影響。

【圖文導讀】

圖1. 不同環境處理示意圖

（a）鹽霧介質的爐系統的示意圖

（b）水汽環境固體NaCl沉積物處理示意圖

圖2. 質量增加與暴露于H₂O +空氣、鹽霧介質和固體NaCl沉積物的水樣在600℃的水蒸氣中暴露時間的關系

圖3. 在不同條件下的600℃暴露20小時的樣品的SEM表面形態圖像：

（a）H₂O +空氣環境

（b）NaCl溶液噴霧環境

（c）水蒸氣環境中固體NaCl沉積物

圖4. 不同環境下暴露20 h后腐蝕產物剖面形貌及分析

（a）NaCl溶液噴霧環境

（b）從腐蝕表面到基底的O，Cr和Fe的含量深度分析

（c）（a）中的紅框區域的放大率（b）燒蝕試驗前C/C復合材料的原始表面形貌

圖5 在水蒸汽環境中暴露于固體NaCl沉積物20小時后，腐蝕垢的截面形態圖

圖6在600℃鹽霧環境下暴露20小時的Fe-20Cr合金橫截面的元素分布的EPMA圖

圖7在600℃固態鹽介質環境下暴露20小時的Fe-20Cr合金橫截面的元素分布的EPMA圖

圖8 ?Fe-20Cr合金在600℃下暴露于鹽霧環境中20小時的腐蝕產物的TEM圖像

（a）表面和外層的TEM圖像

（b）外層和內層的TEM圖像

（c）內層和基底的TEM圖像

（d）外柱狀結構的元素線掃描

【小結】?

本文實驗研究討論了Cl對Fe-20Cr在NaCl溶液中的腐蝕行為的影響，結果顯示Fe-20Cr在600℃NaCl溶液噴霧環境中的腐蝕速率受NaCl顆粒和水蒸汽的影響大大增強。在NaCl溶液噴霧環境中，Fe-20Cr合金的腐蝕結垢由柱狀晶體結構缺陷的外層Fe₂O₃層和具有致密晶體結構混合物的明顯的FeCr₂O4內層組成。 進一步研究發現，整個腐蝕層中都存在微量Cl，同時，由于外層和內層腐蝕層的結構差異，顯示出微量的富集現象。少量瞬態Cl可以吸附在Fe-20Cr表面，破壞Cr₂O₃的保護。然后，在外部腐蝕層中形成柱狀晶體結構的Fe₂O₃，加速離子擴散，加速Fe-20Cr的腐蝕。

文獻鏈接：Studies on the corrosion behavior of Fe-20Cr alloy in NaCl solution spray at 600?°C

（Corros. Sci.，2018，DOI：doi.org/10.1016/j.corsci.2018.01.033）

本文由材料人編輯部張潤凱編譯，材料牛整理編輯。

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