目前，美國(guó)能源部國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）正在著手研發(fā)一種可用于光熱電站的鎳基涂層，旨在降低高溫熔鹽介質(zhì)對(duì)換熱器、管道以及儲(chǔ)罐的腐蝕。

 

NREL機(jī)械和熱工程科學(xué)實(shí)驗(yàn)室副主任Johney Green表示：“我們很高興這項(xiàng)研究或可為光熱電站提供防腐蝕涂層，減輕熔鹽對(duì)設(shè)備的損害，從而提高光熱發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)可行性。“

 

為實(shí)現(xiàn)持續(xù)不間斷發(fā)電，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，越來越多的光熱電站選擇耐高溫熔鹽來作為傳熱儲(chǔ)熱介質(zhì)。但如欲確保商業(yè)化光熱電站可以達(dá)到30年的使用壽命，含有氯化鈉，氯化鉀和氯化鎂的熔鹽混合物對(duì)光熱系統(tǒng)儲(chǔ)罐的腐蝕速率必須小于20微米/年才行。但測(cè)試表明，熔融狀態(tài)的氯化物對(duì)裸不銹鋼合金的腐蝕速度高達(dá)4500微米/年。

 

不過，這一難題或?qū)⒑芸毂粊碜訬REL的研究員，冶金與材料工程學(xué)博士Judith Gomez-Vidal解決掉，她發(fā)現(xiàn)了可適用于光熱發(fā)電系統(tǒng)的抗熔鹽腐蝕涂層材料并專門為此發(fā)表了題為“Corrosion Resistance of MCrAlX Coatings in a Molten Chloride for Thermal Storage in Concentrating Solar Power Applications.”的文章，相關(guān)文章已發(fā)表在 《npj-材料腐蝕》（npj Materials Degradation journal）上。

 

圖：Gomez-Vidal

 

據(jù)悉，Gomez-Vidal嘗試將不同類型的鎳基涂層（這些涂層通常用于減少氧化和腐蝕）涂覆在不銹鋼表面，最終發(fā)現(xiàn)一種化學(xué)式為NiCoCrAlYTa的涂層的抗腐蝕效果最佳。其可將不銹鋼的腐蝕速度控制在190微米/年，雖沒有達(dá)到小于20微米/年的理想目標(biāo)，但相比未涂覆該涂層，腐蝕速度已經(jīng)降低了96％。這種特殊的涂層在24小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)預(yù)氧化，在此期間不銹鋼表面會(huì)形成均勻且致密的氧化鋁層，可用于進(jìn)一步防止不銹鋼免受腐蝕。

 

Gomez-Vidal表示：“表面防護(hù)特別有望減輕熔鹽特別是含氯蒸汽對(duì)管壁罐壁表面的腐蝕程度。然而，目前光熱發(fā)電系統(tǒng)中的熔鹽腐蝕速率仍然相當(dāng)高。此次我們著重進(jìn)行了材料耐久性在太陽能發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用中的相關(guān)性研究實(shí)驗(yàn)。為使光熱發(fā)電系統(tǒng)腐蝕速率下降到目標(biāo)值，未來還需進(jìn)行更多的研發(fā)工作，諸如嘗試將表面防護(hù)方法與對(duì)熔鹽及周圍環(huán)境的化學(xué)控制方法相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)協(xié)同作用。“

 

未來，NREL還將進(jìn)行循環(huán)變溫加熱的補(bǔ)充試驗(yàn)以進(jìn)一步檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)涂層性能，并將在試驗(yàn)中引入氧氣來增加測(cè)試系統(tǒng)的氧化電勢(shì)。氧的添加可確保保護(hù)膜的形成，避免操作過程中有可能出現(xiàn)的裂紋問題帶來的影響。Gomez-Vidal在最近發(fā)表的其它論文中表示，在有氧條件下，這種氧化鋁層能夠在循環(huán)變溫加熱過程中粘附在不銹鋼表面上。