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高温超临界CO2中铁素体-马氏体钢氧化与碳化耦合腐蚀机理

批准号:
52071140
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
张乃强
依托单位:
学科分类:
金属材料使役行为与表面工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张乃强

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
高温高压超临界CO2环境发生严重碳化剥落腐蚀是制约超临界CO2新型动力循环技术发展的关键瓶颈问题之一。为了抑制碳化剥落腐蚀,申请人提出在高温超临界CO2中添加适量O2,利用氧气加速氧化层中孔洞“自愈合”,提高铬氧化物生成比例,促进致密氧化层生成来阻碍CO2向内扩散,进而抑制金属基体发生碳化剥落腐蚀。这种促进氧化来抑制碳化腐蚀的方法,是降低超临界CO2环境碳化剥落腐蚀的有益探索。本项目拟开展不同O2含量高温超临界CO2环境铁素体-马氏体钢碳化腐蚀试验研究,定量检测孔洞和碳化物的分布规律,揭示孔洞诱导碳化物生成机制。使用环境透射电镜原位观察Fe-Cr合金碳化腐蚀过程,探究O/C比对铬氧化物和铬碳化物的生成演化竞争机制,揭示高温超临界CO2环境金属氧化和碳化耦合腐蚀机理。为超临界CO2新型动力装备碳化腐蚀速率预测和腐蚀防护提供科学基础和技术方法,推动超临界CO2新型循环在能源动力领域中的应用。
英文摘要
It is a key bottleneck to develop supercritical CO2 Brayton cycle power generation technology that the severe carburization and exfoliation in high-temperature and high-pressure supercritical CO2. In order to prohibit the carburization corrosion, an innovative method of adding O2 into supercritical CO2 is proposed by the applicant. The self-healing of pores in oxides can be induced by oxygen and the ratio of Cr-oxide and Cr-carbide can be also changed by oxygen. So, appropriate oxygen is added into supercritical CO2 in which a relative thick and compact oxide scale will be formed. The compact oxide scale hinders the inward diffusion of CO2 resulting in the inhibition of carburization of metals. This method of inhibiting carburization through enhancing oxidation is a meaningful exploration. Therefore, experimental investigation on carburization in supercritical CO2 containing different O2 concentration will be carried out. The distribution of pores and carbides will be quantitatively characterized and the mechanism of void-induced carbide formation will be revealed. The process of carburization of Fe-Cr alloy will be in-situ observed by employing environmental transmission electron microscope (ETEM). The competitive mechanism of O/C ratio on the formation of Cr-oxide and Cr-carbide will be deeply discussed. Then, the mechanism of oxidation and carburization of ferritic-martensitic steels in high-temperature supercritical CO2 will be revealed. This study will be the fundamental knowledge and technology support for prediction and protection of carburization and also push forward the application of the new supercritical CO2 cycle in energy power field.
高温关键部件在高温高压超临界CO2环境的氧化和碳化腐蚀问题尤为关键,直接影响着超临界 CO2 布雷顿循环新型发电技术的发展。金属材料在高温高压超临界CO2环境下发生严重腐蚀,由于CO2腐蚀环境的特殊性,C元素在腐蚀过程中与金属内部的Cr元素发生反应生成一系列碳化物并形成游离C层,加速材料腐蚀剥落进程。本项目采用在超纯超临界CO2中添加O2的方法,用O2促进致密氧化膜的形成从而来抑制CO2的内扩散和碳化剥落腐蚀,并对金属材料在超临界CO2中的氧化碳化耦合腐蚀机理展开研究。本项目完成了超临界CO2高温高压氧化碳化耦合腐蚀试验,揭示了超临界CO2含O2环境下的氧化碳化竞争机制,揭示了超临界CO2环境氧化碳化耦合机理,为抑制超临界CO2碳化剥落腐蚀提供了科学基础和防护方法,解决了新型超临界CO2动力循环中的严重碳化剥落腐蚀瓶颈问题,提高了动力装备的运行安全可靠性。本项目完成了项目申请书上的全部内容,实现了项目研究计划的目标。项目负责人以第一作者或通讯作者在学术期刊上发表相关论文共计7篇,其中SCI收录3篇,EI收录2篇(其中1篇已接收未发表),一级学报论文2篇,本基金在所有论文均为第一标注。其中一篇论文分别发表在材料领域顶级期刊《Progress in Materials Science》(发表当年影响因子48.165)上。在项目执行过程中,项目负责人在清洁高效发电技术协作专题会议暨第三届超临界二氧化碳循环发电技术研讨会和高温专业委员会会议暨材料高温腐蚀与防护研讨会各做报告1次。本项目共培养了3名硕博研究生。
高温超临界CO2中铁素体-马氏体钢氧化与碳化耦合腐蚀机理
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    张乃强
  • 依托单位:
溶氧超临界水环境镍基合金应力腐蚀开裂裂尖扩展的微观机理研究
  • 批准号:
    51471069
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    85.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    张乃强
  • 依托单位:
基于氧化膜多孔性的超临界水环境金属氧化动力学模型
  • 批准号:
    51201064
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    张乃强
  • 依托单位:
国内基金
海外基金