预氧化处理对激光定向能量沉积Ni-Cr-Mo合金层在KCl-NaCl熔盐中高温腐蚀行为的影响机制研究

针对生物质电厂过热器管面临的高温氯盐腐蚀难题，研究人员通过预氧化处理在激光定向能量沉积Ni-Cr-Mo合金表面构建Cr2O3/NiCr2O4保护层，发现其可使550℃腐蚀失重降低至原始样品的1/8，显著抑制Cl诱导的活性氧化与电化学腐蚀，为提升超临界生物质机组蒸汽温度提供新策略。

　　

在生物质能源快速发展的背景下，电厂过热器管的高温腐蚀问题成为制约效率提升的"卡脖子"难题。由于生物质燃料富含钾、钠等碱金属，燃烧后形成的KCl-NaCl混合盐沉积在金属表面，在高温下引发严重的氯诱导腐蚀。传统解决方案被迫将蒸汽温度限制在540℃以下，导致发电效率大幅降低。更棘手的是，即便采用耐蚀性优异的Ni-Cr-Mo合金，其表面自然形成的Cr₂O₃保护层在长期接触熔盐时仍会破裂溶解，引发点蚀和内部孔隙网络的形成。这种困境促使科学家们寻找更有效的表面改性技术。

中国某高校的研究团队在《Materials Today Communications》发表的研究中，创新性地将预氧化工艺与激光定向能量沉积（Laser Directed Energy Deposition, LDED）技术结合。他们先在700℃对Ni-Cr-Mo合金熔覆层进行48小时预氧化，形成致密的Cr₂O₃/NiCr₂O₄复合氧化层，随后在550℃和650℃的KCl-NaCl混合盐中进行循环腐蚀实验。通过SEM-EDS和XRD等表征手段，揭示了预氧化层对腐蚀介质扩散的阻隔机制。令人振奋的是，预氧化处理使550℃下的腐蚀失重仅为原始样品的1/8，且能有效抑制Cr元素的外向扩散和Cl元素的内向渗透。这项研究为突破生物质电厂蒸汽温度限制提供了关键技术支撑。

研究采用三大关键技术：激光定向能量沉积制备Ni-Cr-Mo合金熔覆层、700℃/48h空气预氧化处理、以及模拟生物质燃烧环境的循环盐雾腐蚀实验。Q235碳钢作为基底材料，Ni-Cr-Mo合金粉末（45-109μm）通过LDED技术形成冶金结合的涂层。

【材料与熔覆层制备】部分显示，通过优化LDED工艺参数获得低稀释率的熔覆层，其Cr含量超过20wt.%，为后续预氧化形成连续Cr₂O₃层奠定基础。

【预氧化熔覆层表征】结果表明，预氧化后表面主要生成Cr₂O₃和NiCr₂O₄，其中尖晶石结构的NiCr₂O₄位于外层，这种分层结构能协同提升保护效果。

【讨论】部分深入分析了腐蚀机制：原始样品主要发生Cl^-诱导的活性氧化（生成挥发性金属氯化物）和电化学腐蚀；而预氧化层通过物理阻隔和化学稳定性双重作用，将腐蚀速率降低一个数量级。特别在650℃下，预氧化层仍能维持结构完整性，这与Kassim在Hastelloy C22合金中的发现相呼应。

结论部分强调三个核心发现：一是预氧化形成的Cr₂O₃/NiCr_O4层具有优异的熔盐稳定性；二是将腐蚀失重降低87.5%；三是明确了温度对保护层失效机制的影响差异。该研究不仅为生物质电厂提供具体解决方案，更开创了通过预处理优化激光熔覆层性能的新思路。正如通讯作者Yao Kong指出的，这项工作为开发适用于超超临界条件的新型防护涂层奠定了实验基础，对实现"双碳"目标具有重要工程价值。