能源利用

    12月19日，从扬州大学传出消息：该校吴多利博士研究团队在国家自然科学基金和江苏省双创博士项目相关项目的资助下，针对水蒸气含量对镍铝涂层生物质高温腐蚀性能的影响进行的系统研究，取得了关键性新突破。

    日前，相关研究成果已在材料腐蚀学科国际学术期刊《腐蚀科学》在线发表，这将为后续生物质高温腐蚀的防护措施提供更加全面的科学理论依据。

    生物质能作为最具潜力的可再生能源，已成为仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源，开发潜力十分巨大。生物质发电技术的推广应用，将是实现“双碳”目标的有效技术途径，对于推动我国生物质资源规模化和高效清洁利用具有重大的作用。

    吴多利介绍，目前，关于生物质高温腐蚀的研究大都针对具有腐蚀性的沉积盐，但生物质发电厂的实际工作环境中水蒸气对锅炉过热器管道的腐蚀也不容忽视。该研究团队针对水蒸气含量对镍铝涂层生物质高温腐蚀性能的影响进行系统的研究，深入阐述了不同水蒸气含量下的涂层高温腐蚀机理。

    记者了解到，该团队针对关键问题，先通过高温渗铝的方法制备出致密性以及与基体的结合性良好的镍铝涂层，然后以镍铝涂层为实验样品，将其放置于模拟生物质高温腐蚀环境的设备中进行相应的实验。实验结束后，通过腐蚀增重，X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对腐蚀样品进行表征，并对表征结果进行详细深入的分析。

    “腐蚀实验过程中，每24小时需要将样品取出，进行称重和涂盐，其中涂盐实验是需要纯人工操作，涂盐量要求为5毫克/平方厘米，非常精细，所以操作困难。”该研究团队研究生刘苏说，且涂盐过程中，样品需要一直放置在电阻炉上加热，以保证盐溶液及时沉积在样品表面。

    吴多利告诉记者，实验最终会呈现出怎样的结果也是个未知数，需花费大量的精力和时间进行分析。团队查阅大量文献并讨论研究，最终通过对一系列微观反应的总结和推理，结合热力学定律，找出产生此实验结果的原因，进而对不同条件下的生物质高温腐蚀机理进行了深入阐述。

    该团队研究结果表明，在不含水蒸气的条件下，涂层展现出优异的抗腐蚀性能，在表面形成了以Al2O3（氧化铝）相为主的保护层。在局部区域发生氯化物腐蚀，造成轻微的表面和晶间腐蚀。而在含水蒸气的条件下，除氯化物腐蚀外，水蒸气渗透到腐蚀层/涂层界面，并产生活性氯，进一步加速腐蚀进程。水蒸气含量的增加会在涂层表面形成大量铝酸钾，从而抑制氯的产生并减少涂层中氧化物形成元素的消耗。水蒸气含量为15%时，涂层晶间腐蚀最严重；水蒸气含量为30%时，涂层表面腐蚀最严重。

    吴多利认为，在生物质发电厂实际运行中，可以通过生物质燃料中水蒸气的调控，实现对涂层高温腐蚀行为更高的预期，助推生物质发电的大规模推广。因此，该项研究具有非常广阔的发展前景，可以有效提高生物质发电的效率，降低碳排放，助力我国“双碳”目标的实现。

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