12月19日，從揚州大學傳出訊息：該校吳多利博士研究團隊在國家自然科學基金和江蘇省雙創博士專案相關專案的資助下，針對水蒸氣含量對鎳鋁塗層生物質高溫腐蝕效能的影響進行的系統研究，取得了關鍵性新突破。
日前，相關研究成果已在材料腐蝕學科國際學術期刊《腐蝕科學》線上發表，這將為後續生物質高溫腐蝕的防護措施提供更加全面的科學理論依據。
生物質能作為最具潛力的可再生能源，已成為僅次於煤炭、石油和天然氣的第四大能源，開發潛力十分巨大。生物質發電技術的推廣應用，將是實現“雙碳”目標的有效技術途徑，對於推動我國生物質資源規模化和高效清潔利用具有重大的作用。
吳多利介紹，目前，關於生物質高溫腐蝕的研究大都針對具有腐蝕性的沉積鹽，但生物質發電廠的實際工作環境中水蒸氣對鍋爐過熱器管道的腐蝕也不容忽視。該研究團隊針對水蒸氣含量對鎳鋁塗層生物質高溫腐蝕效能的影響進行系統的研究，深入闡述了不同水蒸氣含量下的塗層高溫腐蝕機理。
記者瞭解到，該團隊針對關鍵問題，先透過高溫滲鋁的方法制備出緻密性以及與基體的結合性良好的鎳鋁塗層，然後以鎳鋁塗層為實驗樣品，將其放置於模擬生物質高溫腐蝕環境的裝置中進行相應的實驗。實驗結束後，透過腐蝕增重，X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡對腐蝕樣品進行表徵，並對錶徵結果進行詳細深入的分析。
“腐蝕實驗過程中，每24小時需要將樣品取出，進行稱重和塗鹽，其中塗鹽實驗是需要純人工操作，塗鹽量要求為5毫克/平方釐米，非常精細，所以操作困難。”該研究團隊研究生劉蘇說，且塗鹽過程中，樣品需要一直放置在電阻爐上加熱，以保證鹽溶液及時沉積在樣品表面。
吳多利告訴記者，實驗最終會呈現出怎樣的結果也是個未知數，需花費大量的精力和時間進行分析。團隊查閱大量文獻並討論研究，最終透過對一系列微觀反應的總結和推理，結合熱力學定律，找出產生此實驗結果的原因，進而對不同條件下的生物質高溫腐蝕機理進行了深入闡述。
該團隊研究結果表明，在不含水蒸氣的條件下，塗層展現出優異的抗腐蝕效能，在表面形成了以Al2O3（氧化鋁）相為主的保護層。在區域性區域發生氯化物腐蝕，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/塗層介面，併產生活性氯，進一步加速腐蝕程序。水蒸氣含量的增加會在塗層表面形成大量鋁酸鉀，從而抑制氯的產生並減少塗層中氧化物形成元素的消耗。水蒸氣含量為15%時，塗層晶間腐蝕最嚴重；水蒸氣含量為30%時，塗層表面腐蝕最嚴重。
吳多利認為，在生物質發電廠實際執行中，可以透過生物質燃料中水蒸氣的調控，實現對塗層高溫腐蝕行為更高的預期，助推生物質發電的大規模推廣。因此，該項研究具有非常廣闊的發展前景，可以有效提高生物質發電的效率，降低碳排放，助力我國“雙碳”目標的實現。
來源：科技日報
