[发明专利]氟化物熔盐和/或氯化物熔盐腐蚀防护方法及铬的应用

说明书

本发明公开了一种氟化物熔盐和/或氯化物熔盐腐蚀防护方法及铬的应用。其包括如下步骤：向不锈钢或耐蚀合金服役的氟化物熔盐和/或氯化物熔盐体系中加入铬，即可；其中，铬的用量为满足在防护过程中，始终有铬的存在即可。本发明的腐蚀防护方法简单可行、安全环保、易于操作和控制、效果显著；可显著降低在高温氟化物和氯化物熔盐中的腐蚀速率，特别是可以有效抑制和减缓不锈钢的晶间腐蚀问题，提高其在高温氟化物和氯化物熔盐中的服役寿命；此外，本发明不仅能拓宽氟化物和氯化物熔盐介质用合金结构材料的选材范围，同时也可利用熔盐的独特优势，作为新型高温传蓄热介质在高温能源领域推广应用。

技术领域

本发明涉及材料腐蚀防护领域，具体涉及一种氟化物熔盐和/或氯化物熔盐腐蚀防护方法及铬的应用。

背景技术

氟化物熔盐和氯化物熔盐作为一种新型高温传蓄热介质在高温制氢、核反应堆、太阳能热发电、核燃料后处理、燃料电池等能源领域具有广阔的应用前景。然而由于氟化物熔盐和氯化物熔盐对金属结构材料具有腐蚀性能，限制了其在上述领域的广泛应用。

不锈钢和耐蚀合金均为ASME标准工程用材，广泛应用于核能、火电、航空、航天等高温领域，特别是不锈钢因其价格优势更是得到了广泛应用。不锈钢和耐蚀合金在各种水溶液和高温氧化环境中具有较好的耐腐蚀性能，其表面会形成富铬的钝化膜或氧化膜，该表面膜对合金基体具有保护作用，能抑制合金的进一步腐蚀，使其具有良好的高温性能和耐腐蚀性能。然而不锈钢和耐蚀合金在氟化物熔盐和/或氯化物熔盐中会发生明显腐蚀，主要是由于不锈钢和耐蚀合金中提高其耐蚀性的重要合金元素铬在氟化物熔盐和/或氯化物熔盐体系中是热力学不稳定元素，会发生选择性溶解，不会形成保护性表面膜。

为此，美国橡树岭国家实验室(ORNL)专门研发了镍基Hastelloy N合金。该合金镍和钼元素含量高，在氟化熔盐中具有极好的耐腐蚀性。然而700℃以上其耐蚀性能和高温力学性能降低，700℃以下的耐蚀性能也具有局限性。同时，当熔盐中含有H₂O、HF和金属氧化物等杂质或有石墨、纯镍等异质材料时，Hastelloy N合金也会发生明显腐蚀，且该合金价格昂贵，国内外均未商业化生产。为抑制熔盐腐蚀问题，美国橡树岭国家实验室(ORNL)还利用向LiF-BeF₂(FLiBe)熔盐回路中插入金属铍棒抑制316不锈钢的腐蚀，然而该方法中含铍化合物为剧毒化学品，对实验操作人员和环境十分有害。美国威斯康辛大学(UWM)利用添加金属锆抑制316L不锈钢在熔融LiF-NaF-KF(FLiNaK)熔盐中腐蚀，然而该方法中金属锆不仅严重损毁石墨，同时锆沉积到合金表面，会引起合金的脆化。

因此，开发一种简单可行、成本低、安全环保、易于操作和控制、效果显著的不锈钢或耐蚀合金在高温氟化物熔盐和/或氯化物熔盐中腐蚀防护方法是亟待解决的问题。

发明内容

本发明克服了现有技术中不锈钢和耐蚀合金中的铬元素在氟化物熔盐和/或氯化物熔盐体系中热力学不稳定，发生选择性溶解，无法形成保护性表面膜，发生明显腐蚀的缺陷，提供了一种氟化物熔盐和/或氯化物熔盐腐蚀防护方法及铬的应用。本发明的腐蚀防护方法简单可行、安全环保、易于操作和控制、效果显著；可显著降低在高温氟化物和氯化物熔盐中的腐蚀速率，特别是可以有效抑制和减缓不锈钢的晶间腐蚀问题，提高其在高温氟化物和氯化物熔盐中的服役寿命；此外，本发明不仅能拓宽氟化物和氯化物熔盐介质用合金结构材料的选材范围，降低设备制造和加工成本，同时也可充分利用氟化物和氯化物熔盐的独特优势，作为新型高温传蓄热介质在高温能源领域推广应用；即使在有石墨等碳基材料加速合金腐蚀的情况下，本发明对合金也具有防护作用。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种氟化物熔盐和/或氯化物熔盐腐蚀防护方法，其包括如下步骤：向不锈钢或耐蚀合金服役的氟化物熔盐和/或氯化物熔盐体系中加入铬，即可；其中，所述铬的用量为满足在防护过程中，始终有铬的存在即可。