超临界水与Na2 SO4 沉积层协同腐蚀机制：奥氏体不锈钢316L与304的腐蚀行为与防护启示

【编辑推荐】为解决超临界水(SCW)环境中盐沉积层加速金属腐蚀的工程难题，西安交通大学团队系统研究了316LSS和304SS在Na2 SO4 沉积层下的腐蚀行为。研究发现盐层通过形成局部酸性微环境、阻碍离子扩散并促进Ni/Fe离子水解，使304SS因缺乏Mo元素更易发生点蚀，氧化物膜厚度增加至9.33?μm。该研究为SCW技术装备选材提供重要理论依据。

　　

在能源化工和废物处理领域，超临界水(SCW)技术因其高效环保特性备受关注，但金属设备在高温高压(723?K/25?MPa)下的腐蚀问题始终是制约其发展的"阿喀琉斯之踵"。当水中可溶性盐类如Na₂
SO₄
在SCW环境中结晶沉积时，会在金属表面形成特殊的"死亡微区"，这种盐-金属界面引发的协同腐蚀机制至今尚未完全阐明。西安交通大学的研究团队选择核电和化工领域广泛应用的316L(316LSS)和304(304SS)奥氏体不锈钢，通过创新性的连续流SCW系统，首次揭示了盐沉积层与SCW协同作用的分子级腐蚀机制。

研究采用高/低流速组合法在样品表面构建稳定Na₂
SO₄
沉积层，通过重量分析法、扫描电镜和X射线衍射等技术手段，对比分析了两种材料在纯SCW与含盐SCW中的腐蚀差异。实验系统压力精确控制在25?MPa，温度维持在723?K，模拟了典型SCW工业环境条件。

Materials
研究选用无锡ASiMi公司提供的316LSS和304SS，其成分经EDS检测证实含有关键合金元素Cr(16-18%)、Ni(10-14%)，316LSS特有的2-3% Mo成为抗点蚀关键。Hastelloy C276反应器材料确保实验装置本身耐腐蚀。

Gravimetry
重量分析显示，含盐环境下316LSS增重(6.52?μm)显著高于纯SCW(6.50?μm)，而304SS增幅更为惊人(1.60?μm→9.33?μm)。反常的是，304SS实际腐蚀更严重却增重更低，SEM揭示其表面出现大量点蚀坑，证明盐层诱发局部腐蚀导致质量损失。

Conclusions
研究证实Na₂
SO₄
沉积层通过三重机制加速腐蚀：①物理阻碍致密氧化膜(Cr₂
O₃
)形成；②通过Ni²⁺
/Fe³⁺
水解反应创造局部酸性环境(pH≈2.5)；③SO₄
^2-
促进保护性NiO溶解。特别值得注意的是，304SS因缺乏Mo元素，其点蚀敏感性比316LSS高3倍，这解释了工业实践中304SS设备更早失效的现象。

该研究发表于《The Journal of Supercritical Fluids》，其价值在于：首次阐明盐沉积层不是简单物理屏障，而是通过电化学-流体力学耦合作用创造自催化腐蚀微环境。这一发现为SCW系统选材提供明确指导——在含盐工况下，即使成本更高也应优先选用含Mo的316LSS。团队提出的"微环境酸化-离子截留"模型，为开发新型耐蚀合金涂层指明了方向，对延长SCWO(超临界水氧化)装置寿命具有重要工程意义。