[发明专利]一种氧化还原缓冲熔盐体系的腐蚀测试方法

说明书

本发明公开了一种氧化还原缓冲熔盐体系的腐蚀测试方法。该方法包括下述步骤：分别检测氧化还原缓冲熔盐体系的待测金属的工作电极和惰性金属的工作电极，以获得两组阳极极化电流曲线；对获得的两组所述阳极极化电流曲线的数据进行数学处理：将所述待测金属的工作电极的极化电流i_A减去所述惰性金属的工作电极的极化电流i_A，惰，以得到与腐蚀相关的阳极极化电流i_A，corr；以lgi_A，corr为纵坐标，以极化电位ΔE为横坐标作图，对获得的曲线进行线性拟合，根据拟合结果计算得到所述待测金属在所述氧化还原缓冲熔盐体系中的腐蚀电流值i_corr。本发明的方法能简单快捷准确地对含有氧化还原缓冲离子对的熔盐体系的进行腐蚀测试。

技术领域

本发明涉及一种氧化还原缓冲熔盐体系的腐蚀测试方法。

背景技术

熔盐作为一种传蓄热介质具有工作温度高、范围宽、压力低、比热容高等特点，受到核能、太阳能等新能源领域的日益重视。熔盐工质对合金材料的腐蚀控制是所有相关应用必须面对的问题。特别是工作在500-700℃下的氟盐或氯盐，其腐蚀行为如果控制不当，将对热工系统的安全运行带来严重威胁。在高温下，除了熔盐本身物理化学特性对金属材料造成的本征腐蚀驱动外，由于熔盐介质的强离子导电性，为电化学腐蚀的发生提供了非常合适的外部条件。另外，熔盐中的氧化性杂质是公认引起熔盐腐蚀重要驱动力之一。

熔盐腐蚀控制的方法通常首先考虑尽量降低熔盐中腐蚀性杂质，并保持在干燥、惰性气氛覆盖的环境中工作。即便如此，仍然不能保证环境中的氧化性物质不进入熔盐系统内部。例如，空气中无所不在的氧气和水气。另外，有些熔盐系统内容会生成氧化性物质，如熔盐堆系统中核燃料裂变即会产生少量氧化性产物进入熔盐冷却剂，从而逐步提高熔盐的腐蚀性。因此，除了做好熔盐净化以及提供干燥惰性气氛，还需对熔盐体系作进一步的腐蚀控制措施。

对于相对封闭的熔盐热工系统，采用插入活泼金属棒以牺牲阳极的方式或类似的加直流电阴极保护方法进行熔盐腐蚀防护在工程上比较难以实现。而以金属离子氧化还原缓冲离子对来控制熔盐的电位，从而达到减缓腐蚀的目的在工程上则更容易实现。该技术的主要原理是氧化还原缓冲离子对的存在，可有效缓冲少量氧化性杂质对熔盐电位的改变，从而达到腐蚀控制的目的。例如，在美国橡树岭实验室的熔盐堆实验(MSRE，1964-1969)中，通过U⁴⁺/U³⁺这一氧化还原缓冲离子对将一回路燃料熔盐(LiF-BeF₂-ZrF₄-UF₄)的电位控制在一定范围，从而有效控制了氧化性裂变产物对合金材料的腐蚀作用。

缓冲离子对的选择可以根据实际工况选择廉价易得的材料，从而降低使用成本。例如，有学者建议采用Eu³⁺/Eu²⁺、Ce⁴⁺/Ce³⁺等稀土离子对作为缓冲离子对控制腐蚀的，但也可以采用更为廉价Cr³⁺/Cr²⁺、Zr⁴⁺/Zr²⁺、Fe³⁺/Fe²⁺作为某些工况下的缓冲离子对来控制熔盐的腐蚀。使用缓冲离子对进行腐蚀控制的另一个关键因素是确定合适的熔盐电位控制范围，也即缓冲离子离子对的浓度比范围。因为根据能斯特公式，熔盐电位由缓冲离子对浓度比决定，因此需要事先确定不同电位下(或者说不同浓度比例下)熔盐对金属材料的腐蚀速率，从而为工程实施确定合适的熔盐电位控制范围。