1、 锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究附件一荣誉誓言我保证此毕业设计（论文）成果为我本人独立完成，没有欺骗、剽窃、伪造、虚假及其他任何违反学术规范行为。我清楚不遵守这个承诺将导致零分成绩，并被通告学校相关部门，情节严重时将受到纪律处分甚至承担法律责任。承诺人（签字）：（日期）锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY毕业设计（论文）题目：学生姓名：金鹏学 号：201067090212班 级: 应用化学 1002 班专 业：应用化学指导教师：朱志平2004 年 3 月锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究题目学 生 姓 名
2、：金鹏学 号：201067090212班 级：应用化学 1002 班所 在 院 (系 ):化学与生物工程学院指 导 教 师 ：朱志平完 成 日 期 :2014-6-3锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究摘要锅炉是一种能量转换装置，所以在其各个部位都会发生明显的温度变化。而长时间的温度的交替变化容易导致设备材料的老化和腐蚀。尤其是锅炉炉前部位，温度变化大，极易对材料造成损伤。而锅炉炉前系统的稳定直接关系到锅炉的正常运作。本文采用电化学测量方法测定了锅炉炉前系统材料（321 不锈钢、15CrMo）在高温条件及不同工作介质条件下的电化学特性，通过交流阻抗和塔菲尔曲线等
3、手段探讨了其在高温条件下的电化学行为，研究其腐蚀特性。实验表明，锅炉炉前系统金属材料的耐蚀性能与温度、介质条件等因素密切相关。结果：-；结论： 关键词：炉前材料；交流阻抗；塔菲尔曲线；高温电化学；腐蚀锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究STUDY ON ELECTROCHEMICAL PROPERTIES OF METAL OF BOILER FURNACE SYSTEM AT HIGH TEMPERATUREABSTRACTBoiler is a kind of energy conversion device, so there are significant temperature cha
4、nge in its various parts. Long time and alternating temperature easily lead to aging and corrosion of materials of equipment. Especially at boiler furnace system, large temperature variation, extremely damage the material.Therefore the stability of boiler furnace system relates directly to the norma
5、l operation of the boiler. In this paper, boiler furnace system materials(321 stainless steel, 15CrMo) have been measured by electrochemical method to study its electrochemical properties at high temperature condition and different medium conditions. Its electrochemical behavior at high temperature
6、was studied by using the AC impedance and Tafel curve method, and analysis the corrosion characteristics. Experiments show that, the corrosion resistance of boiler furnace system metal material are closely related to temperature, medium conditions and other factors .Key words: material of boiler fur
7、nace system；AC impedance；Tafel curve； high-temperature electrochemistry ；Corrosion 锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究目录1 绪论.11.1 课题背景及目的11.2 不锈钢简介11.3 国内外研究状况21.4 课题研究方法41.3.1 交流阻抗.41.3.2 塔菲尔曲线.61.4 研究重点、难点、创新点81.4.1 研究重点.81.4.2 研究难点.91.4.3 研究创新点.91.5 研究内容92 实验部分112.1 实验材料与仪器.112.2 实验条件.112.3.1 实验温度112.3.2 实验溶液112.3
8、 实验方案.112.3.1 预处理112.3.2 电化学实验123 数据处理与分析.133.1 交流阻抗分析.133.2 塔菲尔分析.164 结论.21参考文献22致谢24锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究01 绪论1.1 课题背景及目的随着工业的发展，高温水溶液已得到广泛的应用，但高温水溶液中的物理化学性质较室温下有很大的变化，因此迫切需要拓展这一领域的基础科学研究，。电站锅炉是一种利用水作为工质高温、高压设备，尤其是火电厂锅炉炉前系统金属材料在高温高压水中服役过程中的包括电化学特性在内的基础性研究。本课题主要是通过查阅文献熟悉火电厂炉前系统的运行情况和工作
9、环境，了解金属材料在锅炉机组中的应用情况以及材料的性能、特性等；并通过试验研究金属材料在不同工况中的高温电化学行为，分析其高温电化学性能，以及在高温下的腐蚀规律。简要介绍锅炉的材质使用情况，否则，怎么出现 1.2 ？1.2 不锈钢简介不锈钢和耐酸钢两种钢统称为不锈钢。不锈钢是在水、油、空气或者其他介质中都能有效忍耐腐蚀的一种金属材料，耐酸钢则是针对一些自身带有强烈腐蚀性质的介质，如强酸强碱，在这些介质中能保护自身不被腐蚀的金属材料。从 20 世纪出发明出不锈钢材料到现在，不锈钢已广泛应用于生活生产各大领域，不锈钢的发明是世界冶金史上的一项重大成就。一般情况下，将铬、镍作为合金中的主要成分，在常
10、温下具有奥氏体组织的不锈钢为奥氏体不锈钢，当钢中铬的含量约为 18%，镍的含量约为 9%，碳的含量为 0.1%的时候，这种钢就具有稳定的奥氏体组织。奥氏体不锈钢品种繁多，都具有各自的一些优异的性能与特性，用途十分广泛，在所有钢种中的用量占主导地位。不锈钢的发明和使用，是从第一次世界大战开始。因为战争的需要布雷尔利发明一种不易磨损的合金，于 1916 年取得英国专利权并命名为不锈钢，至此，不锈钢大量生产风靡全球，亨利布雷尔利也被誉为“不锈钢之父”。 1912-1913 年布里尔利在英国开发了含 Cr12-13%的马氏体不锈钢；1911-1914 年，丹齐曾在美国开发了含 Cr14-16%、C0.
11、07-0.15%的铁素体不锈钢；锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究11912-1914 年毛雷尔和施特劳斯在德国开发了含 C1%,Cr15-40%，Ni20% 的奥氏体不锈钢。至此，不锈钢的主要种类，即马氏体、铁素体、奥氏体等不锈钢基本齐全，而且一直延用到现在。目前在我国，不锈钢的生产和消费已居世界第一，且生产量和消费量还在逐年增加。双相不锈钢的固溶组织中铁素体和奥氏体相约各占一半，一般较少相的含量最少也需要达到 30%。1927 年 Bain 和 Griffiths 首先发现了双相组织。双相不锈钢的发展与应用开始于 20 世纪 30 年代，法国在 1935 年获得了第一个专利。双相不锈钢已经
12、发展了三代，第一代以美国 40 年代开发的 S32900 钢为代表，含高铬和含钼，有很好的耐局部腐蚀能力，但含碳量较高（0.1%C），当焊接时，破坏了奥氏体和铁素体的相平衡，沿晶界有碳化物析出，导致韧性和耐腐蚀性下降。20 世纪70 年代以后，随着炉外精炼 AOD 和 VOD 技术的出现以及连铸技术的发展，冶炼超低碳（0.03%C）的钢成为可能，同时发现了廉价的 N 作为强烈奥氏体形成元素对双相不锈钢的重要作用。N 可以再较高温度下形成奥氏体，这样焊接热影响区迅速的热循环后，可以恢复奥氏体数量，保证了焊接接头的耐蚀性，确保双相钢在焊接条件下使用，克服了第一代双相不锈钢的缺点，产生了第二代双相不
13、锈钢。2205 作为第二代双相不锈钢，它是由 21%铬，2.5%钼及 4.5%镍氮合金构成的腐蚀不锈钢。主要是由 40%60%的铁素体和 60%40%的奥氏体组成。与铁素体不锈钢相比，其韧性高，韧脆转变温度低，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时保留了铁素体不锈钢热导率高、膨胀系数小、具有超塑性等特性；而与奥氏体不锈钢相比较，屈服强度和抗疲劳强度显著提高，约为奥氏体不锈钢的 2 倍，且耐晶间腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等性能有明显改善。双相不锈钢的使用已经有 20 多年的历史，尤其是低碳含氮双相不锈钢克服了焊接方面的一些问题，结合双相不锈钢所具有的耐局部腐蚀和综合力学性能好的特点，为焊接结构材
14、料的大量推广应用创造了条件，近 10 年市场销售量很快 6。随着超级双相不锈钢的步入市场，扩大了在一些苛刻介质中的应用，应用范围不断拓宽，也积累了大量实际实用经验，为进一步应用和开发创造了条件。锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究21.2 国内外研究状况提高火电厂经济效益的有效途径是不断研发出容量更大的发电机组以及在相同机组条件下最大程度的提高蒸汽的参数。 。这几年我国火电厂已向大型机组发展，新建或改进的火电厂，均是 60 万甚至 100 万的大机组。这些机组大都是亚临界、超临界、超超临界的参数，对锅炉系统的材料性能要求更高。火力发电厂中各种设备装置材料主要包括两种钢种，铁素体钢和奥氏体钢 1。
15、其中，铁素体钢包括珠光体、贝氏体和马氏体。奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢都具有各自优越的性能和相对于对方的不足。为符合大型机组的高温强度和抗腐蚀性能要求，近年来对多种材料进行了大量的研究，如新型铁素体耐热钢、奥氏体耐热钢与镍基合金等。可以把本段提前！唐庆新，刘靖 2在关于 309S 奥氏体不锈钢的高温抗氧化性能研究中发现，309S 在高温条件下氧化增重十分缓慢,高温氧化动力学曲线基本符合抛物线定律,在循环氧化过程中，并没有在氧化膜表面发现有破裂的现象。而随着氧化温度的升高,氧化膜的颜色从本来的金黄色逐渐变成了灰黑色，氧化膜的成分也因为温度的差异而大同小异。随后杨照明，韩静涛等 3又对 310S 奥
16、氏体耐热不锈钢的抗高温氧化性能进行了研究，在高温条件下对 310S 奥氏体耐热不锈钢进行氧化处理，发现在金属材料表面形成了一层氧化膜，其结构相当紧密，并无任何开裂的现象。这层氧化膜的存在有效地将腐蚀性介质与合金材料机体隔离开来，使合金更为安全可靠耐用。谢丽华，陈长风 4等研究合金在高温下的腐蚀电化学特征。实验发现，在H2S/CO2腐蚀介质环境中以及高温高压的实验条件下，随着试验温度的升高，合金材料的自腐蚀电位逐渐增加，说明合金材料更为耐蚀，与此同时，其维钝电流密度有所减小。另一方面，纯铬的自腐蚀电位随着温度的升高而略有下降，维钝电流密度则呈现相反趋势，极化曲线则几乎不随温度而变化。为一个单一的
17、容抗弧的高频区纯铬电化学阻抗谱显示，低频区的扩散特性，随着成膜温度，电荷传递电阻和膜电阻降低，和膜电容的增加，钝化膜的耐蚀性变化。本段行距不对！王雪芬，魏宝明 5对镀镍碳钢在高温无氧水中的腐蚀电化学行为进行了深入的研究。发现镀镍层/碳钢复合材料在电偶腐蚀条件下的电化学腐蚀是由于氢锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究3去极化引起的,这都是在在高温无氧水中的结论。腐蚀的特征是点蚀。镀层均匀一致的程度以及镀层材料本身的抗腐蚀的能力决定了复合材料的腐蚀程度。王凯旋，杨锐成 6等通过研究分析得出合金的抗氧化性介质腐蚀的能力随着 APF 的增大而提高,同时抗还原性介质的能力则随 APF 的增大降低，这都是在
18、APF 介于 2.53.3 的条件下。铸态合金耐蚀性能明显差于经过固溶处理后的合金的耐蚀性能。加入铬这种金属元素能有效提高不锈钢材料在氧化性介质中的耐腐蚀性质。最近几年,外国许多科学家对锅炉的材料钢种进行了大量的相关研究,立足于原有的低合金耐热钢以及奥氏体耐热钢,一些耐腐蚀性能，持久性能以及综合强度优越的不锈钢材料不断涌现出来。Macdonald 带领其研究组众人 7成功地发展出了测试不锈钢材料在高温高压水中的电化学性能的方法。通过这种方法，Macdonald 测试了多种材料的电化学性能，并进行分析。Kim8指出腐蚀电位对沸水堆中合金的晶间应力腐蚀破裂敏感性有着显著的影响。当腐蚀电位降低时，合
19、金上裂缝的破裂速度也会减慢。-230mV 是一个临界点，当腐蚀电位低于这个值时，因为腐蚀发生的破裂明显减少。Rihan9用原位电化学方法对合金材料在高温条件下以及酸碱性腐蚀介质中的电化学性质进行测试，得到极化曲线，并从中获得极化电阻，然后得到原位腐蚀速率。材料表面的结构信息则通过动电位扫描得到。1.3 课题研究方法对金属材料在高温条件下的电化学性能进行评价，主要包括极化曲线，交流阻抗和塔菲尔曲线 10。相对于其他方法，电化学测试可以利用电流和电压的变化反映材料的性质变化或是评价介质体系的性质变化，这种方法有着快速以及准确的优越性。在某种特定的外界条件下，分析讨论金属/合金材料的电化学性能或电化
20、学性能变化规律，原位电化学测试会是最好的方法 11。在电化学反应中，当外界给予实验体系一个很大的电位使之极化时，可观察电流密度-电位图是一条直线，延伸极化曲线，就可以得到各种电化学参数，包括腐蚀电流、腐蚀电位和塔菲尔斜率等 12。锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究4电化学等效电路是将发生在电极/溶液界面上的现象实质通过一些电路元件组成的电路相似的表现出来。它有着能够利用一个完全无关于化学的纯物理电路来反应电化学过程中的内部与外部的一些电流电压关系，但同时也有着不足，那就是其反映的状况并不一定真实，因为只是一个模拟的方式。1.3.1 交流阻抗交流阻抗法是应用最广泛的一种电化学方法，现在发展出电化
21、学阻抗谱和交流伏安法两种较成熟的方法。研究电化学系统的交流阻抗是如何随频率变化的方法是电化学阻抗谱，它要求在一个直流极化的条件下，尤其是要有平衡电势的基础 13。相对于电化学阻抗谱，交流阻抗法则是探究电流振幅以及相位与直流极化电势的函数的方法，它需要选定一个频率。交流阻抗属于暂稳态、平稳态、准稳态测量方法（介于暂态和稳态之间的方法），适于测量快速的电极过程。交流阻抗法（alternating current impedance，AC impedance）主要分析电化学系统是如何反应的，以及反应的原理机理，并得到相关的一些参数，这些都可以通过测量整个体系中电流或是电位的变化过程，甚至交流阻抗得到
22、，但以上都需要建立在控制整个系统的电流或电势符合正弦函数规律的基础上 14。简单的电极反应 可分为四个基本的反应过程，控制电化学阻抗One=R实验的实验条件是处于稳态下，在测量的频率范围内，电化学步骤占控制地位，电化学步骤即传荷过程。另外的扩散过程和浓差极化的影响就十分微弱，甚至可以忽略。电化学等效电路可以简化如图 2-1 所示。图 2-1 电化学步骤控制的等效电路根据等效电路，可以确定电极阻抗为（21-udct1Z=R+jC1）整理上式可以得到锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究5（21-2ct dctu2dRCZ=j11R 2）分别得到阻抗的两个部分实部 （21-ctReSu2dZ=1CR3
23、）虚部 （21-2dctIms1 4）联立式（2-6 ）与（2-7 ）得到（21-ImdctReUZC=-5）将式（2-5 ）代入式（2-3 ）得到（21-22ct ctReuImRZZ=（ ） （ ）6）公式编号以章为开始！不是以节开始的从式（21-6 ）中可以看出，点（Z Re，Z Im）的轨迹呈现一个圆的形状。该电极反应： ，起主导步骤是电化学步骤，除去其他步骤的影One=R响，那它的等效电路中就只剩下了两种电工元件，那就是电容以及电阻。由此可得，半圆曲线 ABC 是电化学步骤控制下的体系的复数平面图的唯一轨迹，如图 2-2 所示：锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究6图 21-2 电化学
24、步骤控制下的电极体系的复数平面图1.3.2 塔菲尔曲线利用塔菲尔曲线分析金属的腐蚀速度，当极化大时，会出现三条极化曲线的重叠，包括腐蚀金属电极的整个曲线与其阴阳极的一部分，通过交点能够计算得到其自腐蚀电流。测试腐蚀速率的电化学方法有很多，比如弱极化区测试方法但强极化区测试方法算是经典中的经典，并且整个测试过程十分简便，但却十分耗时，而且会破坏体的表面状态，测试的精确度差。利用恒电势法和恒电流法这两种已发展的相当成熟的电化学方法都可以测出极化曲线。一般在研究金属阳极的钝化现象是选用恒电势法是因为与恒电流法相比，利用恒电势法得到的阳极极化曲线更为的完全，所以一般采用恒电势法来研究金属溶解过程、金属
25、表面的氧化性膜的实验。其原理是：在测试过程中，如果增大金属阳极极化的绝对值，其中有个电极所能反馈的信息值将接近100%，而对其它的电极几乎不作出任何的回馈，那就可以说明测量得到的数值正是我们需要测量的，正常情况下，通过电极所反馈给我们的信息比例并且是需要的信息比例会随极化强度的增强而变大无终止的变大，同时另一部分多余的信息就会逐渐减少直至可以忽略不计，这就是使我们的测量的更为精准。下列方程式表示了金属腐蚀的极化曲线：（2-0i=eRT nF 7）它表示电荷传递步骤，即电化学步骤的极化电流密度和过电位的函数关系，因此被称为电极反应的活化极化方程。由式（2-7）可以看出，决定活化极化值锅炉炉前系统
26、金属高温电化学特性研究7的主要因素是平衡点为下的交换电流密度 i0 和过电位下的极化电流密度 i 的相对大小。对于阳极极化来说， 为正值，若 很大，则式中（2-7）可以近似的处理为：（2-0RTaiie nF8）或者对数形式0lnlTiiF （2-02.32.3lglgRTiinF 9）对于阴极来说， 为负值，若 很大，则式（2-7）可以简化为：（2-0nFRTciie10）或者对数形式0lnlTiiF（2-02.32.3lglgRTiiF- 11）在一定的温度下，给定的电极体系中，式（2-9）和（2-11）的 T、i0等都是不变的，若令或 （2-02.3lgRTainF02.3lgRainF
27、12）b= 或 （2-2.3n.313）则可将式（2-9）和（2-11）改为下面形式锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究8（2-lgabi14）这就是塔菲尔公式，用 - 作图，图上反应的 - 应该呈直线关系，li lgi这就是塔菲尔直线。b c为电极过程的阴极极化过程的塔菲尔直线的斜率，b a则是阳极过程的：（2-2.3cRTnF15）（2-2.3abn16）在实验过程中只需要测量塔菲尔曲线，就能求出 、b a 和 bc 三个需要lgcorI的结果。将阴极、阳极两条塔菲尔直线一直外推直至出现交点，然后就可以发现这个交点的恒做表是 lgi，其枞做表是 o，与之相呼应的平衡电势就应该是 Eeq15
28、。根据这些就可以求出一个重要的参数 i，如图 2-3 所示：图 2-3 塔菲尔直线外推法测定交换电流密度示意图锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究91.4 研究重点、难点、创新点1.4.1 研究重点本课题研究的重点是研究锅炉炉前系统金属在高温条件下的电化学特性，通过研究其电化学特性分析金属材料的腐蚀规律。1.4.2 研究难点AVT 工况和 OT 工况有严格的溶解氧和 pH 值控制要求，如何保证系统中的氧含量、以及 pH 值在控制范围内是本课题研究的一大难点。利用电化学数据准确研究分析材料在高温条件下的腐蚀特性是研究的另一大难点。1.4.3 研究创新点本课题不同于之前大量研究的超（超）临界机组的常
29、温电化学特性，而是着重研究锅炉炉前材料及其高温条件下的电化学特性。通过原位电化学测量方法，可以探究分析合金材料在各种外界条件下的电化学特性及其随条件改变而引起的变化的规律，包括一些特定的外界条件，例如高温高压。1.5 研究内容当下全挥发处理（AVT）应用广泛，即通过加联氨消除经热力除氧后给水中的残留溶解氧来防止腐蚀；同时加氨水消除给水中游离二氧化碳，这种方法可以提高其 pH 值从而降低氧化铁在给水中的溶解度，尽量减少腐蚀产物带出炉内。其中联氨除氧的原理：N2H4+O2N 2+2H2O当水中温度200时，N 2H4 可将 Fe2O3 还原成 Fe3O4 以至 Fe:6Fe2O3+N2H44Fe
30、3O4+N2+2H2O2Fe3O4+N2H46FeO+N 2+2H2OFeO+ N2H42Fe+N 2+2H2O加氨水除 CO2 的反应式如下：NH4OH+H2CO3NH 4HCO3+H2ONH4OH+NH4HCO3(NH 4)2CO3+H2O锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究10另外，氧化性水化学工况（OT）的发展也十分有利于实现防腐防垢的目的16。全挥发处理的运行基础是提高给水 pH 值，而加氧处理则突破了传统理论，把过去认为会引起钢材腐的蚀而必须除掉的有害物质氧，在一定条件下变成有利于防腐的第一要素。加氧处理的基本原理是：在水质达到相当高的指标要求的情况下，在水中加入一定的氧能够使材料表
31、面形成“双层保护膜” ，更为致密的结构使其具有更好的保护性能，进而阻碍基体进一步腐蚀。这种保护膜不是一种氧化物的双层结构，而是两种不同氧化物的结合。氧气、过氧化氢和空气可以可以作为氧化剂加入体系中，他们都能促使保护膜的形成。本文通过电化学方法研究 321 不锈钢和 15CrMo 两种锅炉炉前材料的高温电化学特性，研究手段包括开路电位、循环伏安法、交流阻抗、塔菲尔曲线。锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究112 实验部分2.1 实验材料与仪器321 不锈钢、15CrMo、乙醇、丙酮、1-6 号砂纸、 CHI660C 电化学工作站、三电极体系（包括外压力平衡式参比电极，高温工作电极支架以及高温高压
32、Pt对电极） 、高压釜、HQ3d 溶解氧测量仪、pH 计对试验装置进行重点介绍，附上装置图（照片亦可！）2.2 实验条件2.2.1 实验温度实验温度设置为：40、60、80、100、120、130、140。2.2.2 实验溶液模拟 AVT（O）工况：通过热力除氧去除水中的溶解氧，并加氨调节水的 pH 值的水处理方式。模拟溶液的溶解氧浓度控制在 0.01mg/L 以下，pH 值范围为 9.3-9.5。模拟 AVT（R）工况：指的是不通过向锅炉水中添加任何固体试剂，只添加氨和联胺调节给水 pH 值的给水处理方式。模拟溶液的溶解氧浓度控制在0（溶解氧测量仪显示为 0），pH 值范围为 9.0-9.2
33、，并加联胺且浓度控制在 10-30ug/L。模拟 OT 工况：指锅炉给水加氧的水处理方式。模拟溶液的溶解氧浓度控制在 30-300ug/L，pH 值范围为 8.0-8.8。2.3 实验方案2.3.1 预处理2.3.1.1 打磨电极将金属材料切割成 10mm *10mm*4mm 的试片，将试片依次用0#，3#，5#、6#的砂纸打磨，当用下一种型号的砂纸打磨时必须确保将用上一种型号打磨时留下的痕迹消除干净，并且换砂纸是，打磨方向改变 90 度，打磨好后用去离子水和无水乙醇冲洗干净，用冷风吹干，然后用电焊铁将电极焊接在高温工作电极支架上，最后将三个高温电极安装在高压釜釜盖上。锅炉炉前系统金属高温电化
34、学特性研究122.3.1.2 溶液除氧将蒸馏水通过阴阳离子树脂进行二次除盐得到去离子水，测定去离子水的电导率若合格则直接使用，若不合格则再次通过二次除盐设备直至电导率复合要求为止。首先将合格的去离子水装入除氧容器中，调节氮气的流量，将氮气通过除氧容器中，在除氧过程中用氨水调节溶液的 pH 值至控制范围，当水中的溶解氧含量下降至特定范围时，停止除氧，然后将溶液通入预先通氮除氧的高压釜中，将三电极体系连接好后，然后溶液加热至测定温度，测试材料的电化学性能。2.3.2 电化学实验2.3.2.1 开路电位测定材料在相应温度的开路电位，开路电位测量时间为 600s，测量完毕后记录相应的开路电位，供后面的
35、测试作为初始电位。2.3.2.2 循环伏安法测定材料在相应温度的循环伏安法，用循环伏安法对电极材料进行活化，实验参数设置为：高电位：1V，低电位：-1V，扫描速度：0.005V/s，灵敏度：1*e-003。测试完后记录保存数据。2.3.2.3 交流阻抗测定材料在相应温度下的循环伏安法，实验参数设置为：高频为100KHz，低频为 0.01Hz。将参数设置完毕后进行交流阻抗的测定，并将数据保存下来。2.3.2.4 塔菲尔曲线测定材料在相应温度下的循环伏安法，实验参数设置为：扫描速度为0.001V/s。锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究133 实验数据处理与分析3.1 交流阻抗分析3.1.1 321
36、 不锈钢在 AVT(O)工况介质条件下的交流阻抗如图 3-1 所示，321 不锈钢在高温条件下的交流阻抗谱图与常温下的有很大锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究14图 3.1 321 不锈钢在 AVT(O)工况介质条件下的交流阻抗不同，从图形上就可以看出。它不存在单一容抗的半圆弧，而是呈整圆状。但依旧可以通过圆形的直径变化得到金属耐蚀性能的变化。随着温度的升高，圆的直径变小，耐蚀性变差，腐蚀加剧。3.1.2 321 不锈钢在 AVT(R)工况介质条件下的交流阻抗锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究15图 3.2 不锈钢在 AVT(R)工况介质条件下的交流阻抗图 3.2 显示的是 321 不锈钢在
37、AVT(R)工况条件下得到的交流阻抗谱图。其形状大致与在 AVT(O)工况下得到的相似，反映的现象也大致相同。321 不锈钢在 AVT(R)工况下的腐蚀随温度升高而加剧。3.1.3 15CrMo 在 OT 工况介质条件下的交流阻抗锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究16图 3.3 15CrMo 在 OT 工况介质条件下的交流阻抗图 3.3 显示，15CrMo 在 OT 工况介质条件下耐蚀性并不随温度呈递增变化，而是先腐蚀增强，而后减弱。主要是因为由于有氧的存在，当温度升至一定值时，在金属表面形成更致密的氧化膜形成保护。3.1.4 15CrMo 在 AVT(O)工况介质条件下的交流阻抗图 3.4
38、显示的 15CrMo 在 AVT(O)工况下的交流阻抗和 321 不锈钢的阻抗图大致类似。主要是由于工况都属于 AVT 工况，而材料本身对实验几乎没有影响。所以得到的结论依旧是随着温度的升高，15CrMo 耐蚀性能变差，腐蚀增强。锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究17图 3.4 15CrMo 在 OT 工况介质条件下的交流阻抗加上阻抗分析数据，以表格方式，问问焦小翠！3.2 塔菲尔曲线分析 3.2.1 321 不锈钢在在 AVT(O)工况介质条件下的塔菲尔曲线图 3.5 显示的是 321 不锈钢在 AVT(O)工况介质条件下的腐蚀电流变化。由图可知，而随着温度的升高，321 不锈钢在 AVT(
39、O)工况介质条件下的腐蚀电流逐渐增大，腐蚀增强。406080101201401600.00.010.020.030.040.050.060.070.08i/At/图 3.5 321 不锈钢在 AVT(O)工况介质条件下的腐蚀电流锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究18图 3.6 321 不锈钢在 AVT(O)工况介质条件下的塔菲尔曲线3.2.2 321 不锈钢在在 AVT(R)工况介质条件下的塔菲尔曲线图 3.7 显示的是 321 不锈钢在 AVT(R)工况介质条件下的腐蚀电流变化。显然，随着温度的升高，321 不锈钢在 AVT(R)工况介质条件下的腐蚀电流逐渐增大，腐蚀增强。且随着温度的不断升
40、高，腐蚀速率的增长也呈指数增长。回归线与钝化曲线相交的点称为保护电位，它代表蚀点重新钝化能力的强弱，一般保护电位用 P 表示。完整的电位电流密度曲线的特点是形成一个滞后环，称为点蚀电位，一般用 B 表示，它反应材料在介质中产生点蚀的倾向性，不仅与材料本身有关，还与实验条件及溶液组分有关。406080101201401600.00.020.040.060.080.01i/At/图 3.7 321 不锈钢在 AVT(R)工况介质条件下的腐蚀电流锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究19由图 3.8 可知：随着温度的升高，321 不锈钢的腐蚀电流密度增加，腐蚀电位降低，表明体系中温度的升高可促使金属腐蚀
41、加剧。-8.5-8.0-7.5-7.0-6.5-6.0-5.-5.0-4.5-0.45-0.4-0.35-0.3-0.25-0.2-0.15-0.1Potential/V log(i/A)40 6 80 1 20 14图 3.8 321 不锈钢在 AVT(R)工况介质条件下的塔菲尔曲线加上塔菲尔分析数据，以表格方式，问问焦小翠！否则，内容太少！3.2.3 15CrMo 在 OT 工况介质条件下的塔菲尔图 3.9 显示的是 15CrMo 在 OT 工况介质条件下的腐蚀电流变化。不同于321 不锈钢的递增规律，15CrMo 在 OT 工况介质条件下的腐蚀电流先随温度升高增大，在 100达到最大值，
42、随后又随温度的继续升高递减。锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究20406080101201400.00.020.040.060.080.10i/At/图 3.9 15CrMo 在 OT 工况介质条件下的腐蚀电流图 3.10 是 15CrMo 在 OT 工况介质条件下的塔菲尔曲线。在 OT 工况条件下，因为有氧的存在，当温度升至一定时，金属表面更容易生成致密的氧化膜，对金属起到良好的保护作用，是的金属的耐蚀性增强，所以腐蚀反而减弱。图 3.10 15CrMo 在 OT 工况介质条件下的塔菲尔曲线3.2.3 15CrMo 在 AVT(O)工况介质条件下的塔菲尔曲线图 3.11 显示的是 15CrM
43、o 在 AVT(O)工况介质条件下的腐蚀电流。由图可知，在该种工况下，15CrMo 的腐蚀电流基本随温度升高呈递增趋势，结合图 3.12中的 15CrMo 的塔菲尔曲线随温度的变化趋势，可以得出随着温度的升高，锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究2115CrMo 在 AVT(O)工况介质条件下的腐蚀随温度的升高增强。406080101201400.00.20.40.60.8i/At/图 3.11 15CrMo 在 AVT(O)工况介质条件下的腐蚀电流图 3.12 15CrMo 在 AVT(O)工况介质条件下的塔菲尔曲线4 结论锅炉炉前系统金属高温电化学特性研究22本课题主要是通过电化学方法研究锅
44、炉炉前材料在高温条件下的电化学性能。经过两个月的实验以及处理分析，得到以下几点结论：（1）实验结果表明，对于 321 不锈钢和 15CrMo 两种锅炉炉前金属材料，在高温条件下，其电化学性能与常温下都有很大差异。在实验条件下，温度的升高都会使得金属的腐蚀加剧。（2）OT 工况与 AVT 工况相比，利用一定浓度的氧使金属表面形成比一般性的保护膜更致密更稳定的保护膜 ，进而阻碍基体进一步腐蚀。在高温条件下，这比仅仅通过控制外界条件减缓腐蚀速率显得更为有效。（3）321 不锈钢和 15CrMo 都是广泛应用的锅炉炉前金属材料，有着优良的耐腐蚀性能，在各种工作介质及条件下能有效抵御外界环境的侵蚀。参考文献
