不同水化学工况下金属氧化膜的特性研究

论文摘要

在不同的水工况形成的氧化膜形貌以及其保护作用是不同的,有的氧化膜致密均匀,阻挡了水汽的冲刷和阴离子的腐蚀,而有些氧化膜不仅没有起到保护水冷壁管的作用,还会产生沉积下的腐蚀。本文使用电化学方法、X-射线衍射分析（XRD）、扫描电镜（SEM）和能谱（EDS）等测试手段,研究了600MW锅炉水冷壁管在协调-pH值磷酸盐处理（CPT）、氢氧化钠处理（CT）、还原性全挥发处理AVT（R）和弱氧化性全挥发处理AVT（O）四种水工况下条件,300℃反应18小时所形成的氧化膜的形貌、结构,并分析了氧化膜成膜机理,其结果如下:常温电化学实验结果表明:由塔菲尔和交流阻抗数据可知,在常温CT水工况条件下,金属的腐蚀电流最大,交流阻抗值最小,抗腐蚀能力最弱,其腐蚀的程度是最严重的,得到的氧化产物是最多的;AVT（R）和AVT（O）因为氨的抑制作用,腐蚀电位较低,电流也很小,其在常温下腐蚀很微弱,但不同之处在于AVT（O）中存在少量的氧,提高了腐蚀电位,引起腐蚀电流变大,其抗腐蚀能力比AVT（R）要弱,腐蚀产物相对多一些;CPT的抗腐蚀能力介于CT和AVT（O）之间。高温氧化实验结果表明:（1）CPT水工况条件下金属内壁表层形成的氧化膜呈现了较深的腐蚀坑（腐蚀深度达到了200μm）和凹凸不平的特征,有明显的冲刷痕迹,不均匀的氧化物颗粒镶嵌在金属表层处,根据常温电化学结论得到CPT的腐蚀介于CT和AVT（O）之间,但高温该条件的腐蚀程度却是最严重的,因为在高温时磷酸盐的隐藏现象才会发生。（2）相比较CPT水工况,CT处理时金属表面生成的氧化膜颗粒较大,呈8面体结构,颗粒间的孔隙较大,而且腐蚀较深（腐蚀深度达到10μm）,随溶液的流动氧化物很溶液被剥落,从而把坑洼的表面暴露出来,同时各种腐蚀性离子渗透至金属氧化膜内部,加速金属的腐蚀。（3）AVT（R）水工况条件下,金属表面覆盖了一层均匀平整的氧化膜（大约5μm左右）,这层膜把金属完全包裹住,防止与溶液直接接触,起到了较好的保护作用,但由于氧化膜表层物质颗粒很小,容易溶解到水中使氧化膜减薄。（4）AVT（O）在AVT（R）的基础上,允许一部分氧气的存在,形成多层氧化膜,内层Fe3O4膜和外层Fe2O3膜,后者坚硬而且颗粒较大,起到防止了内层膜被溶液冲走的作用,由于受到氧的限制,形成的Fe2O3膜是很薄的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 锅炉水工况的介绍
• 1.2.1 磷酸盐水工况（PT）
• 1.2.2 协调pH-磷酸盐水工况（CPT）
• 1.2.3 平衡磷酸盐水工况（EPT）
• 1.2.4 氢氧化钠水工况（CT）
• 1.2.5 全挥发性水工况（AVT）
• 1.2.6 加氧水工况（OT）
• 1.3 国内外研究进展与现状
• 1.3.1 电化学研究金属腐蚀的进展
• 1.3.2 水工况条件下金属氧化膜的研究
• 1.4 本课题的研究目的及内容
• 第二章 金属在高温炉水中的腐蚀原理
• 2.1 高温炉水的性质
• 2.2 金属的高温氧化
• 2.2.1 金属高温氧化的基本过程
• 2.2.2 金属氧化膜的结构
• 2.2.3 金属氧化膜的稳定性
• 2.2.4 氧化膜的失效
• 20 体系高温电位-pH 图'>2.2.5 Fe-H₂0 体系高温电位-pH 图
• 2.2.6 无氧条件形成的氧化膜
• 第三章 试剂与实验仪器
• 3.1 实验试剂与材料
• 3.2 实验仪器
• 3.3 实验溶液的制备
• 3.3.1 去离子水的制备和性质
• 3.3.2 水的温度-pH 关系
• 3.3.3 模拟协调pH-磷酸盐（CPT）炉水
• 3.3.4 模拟氢氧化钠（CT）炉水
• 3.3.5 模拟还原性全挥发AVT（R）炉水
• 3.3.6 模拟弱氧化性全挥发AVT（O）炉水
• 第四章 电化学测试与结果分析
• 4.1 电化学实验
• 4.1.1 电极的制备及处理
• 4.1.2 塔菲尔曲线法
• 4.1.3 电化学阻抗谱法
• 4.2 电化学实验结果
• 4.2.1 塔菲尔曲线
• 4.2.2 交流阻抗图
• 4.2.3 讨论
• 第五章 高温氧化实验与结果分析
• 5.1 高压釜的腐蚀试验
• 5.1.1 实验方法
• 5.1.2 金相组织观察
• 5.1.3 X-射线衍射分析（XRD）
• 5.1.4 SEM 电镜分析
• 5.2 反应时间的确定
• 5.3 CPT 水工况形成氧化膜
• 5.3.1 金相组织观察
• 5.3.2 金属氧化膜表面物相及形貌分析
• 5.3.3 氧化膜断面形貌及元素分析
• 5.3.4 讨论
• 5.4 CT 水工况形成氧化膜
• 5.4.1 金相组织观察
• 5.4.2 金属氧化膜表面物相及形貌分析
• 5.4.3 氧化膜断面形貌及元素分析
• 5.4.4 讨论
• 5.5 AVT（R）水工况形成的氧化膜
• 5.5.1 金相组织观察
• 5.5.2 金属氧化膜表面物相及形貌分析
• 5.5.3 氧化膜断面形貌及元素分析
• 5.5.4 讨论
• 5.6 AVT（O）水工况形成的氧化膜
• 5.6.1 金相组织观察
• 5.6.2 金属氧化膜表面物相及形貌分析
• 5.6.3 氧化膜断面形貌及元素分析
• 5.6.4 讨论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A
• 摘要
• ABSTRACT