随着传统能源的日益枯竭,人们不断探索可持续发展新能源。太阳能热发电技术是一种清洁度高且可持续的绿色能源,具有广阔的发展前景。高温储热系统在光热发电系统中是非常关键的模块,为提高发电效率,常使用熔融盐作为传热储热介质。目前三元LiNaK碳酸熔融盐是最具发展潜力的传热储热介质之一,但高温下存在碳酸熔融盐对结构材料的腐蚀破坏问题,通过在结构材料表面制备耐蚀涂层是一种兼顾使用性能和设备成本的有效方法。本文选择工业上广泛用作结构材料的316L不锈钢作为研究对象,在600℃和700℃下对SS316L开展一系列浸泡实验,研究样品在碳酸熔融盐中的腐蚀行为及潜在的腐蚀机理。结果表明,SS316L在两种温度的LiNaK碳酸熔融盐中的腐蚀行为相似,均遵循直线规律,腐蚀速率随温度升高而加快。在腐蚀初期,SS316L中的合金元素与熔融盐中的O2-离子发生选择性氧化生成Fe3O4、Fe2O3和Cr2O3,随后这些氧化物又与熔体中高活度的Li2O发生锂化反应。随着腐蚀时间延长,表面的腐蚀产物逐渐形成双层结构,腐蚀层的厚度也逐渐增加。当腐蚀层厚度增加到一定值时,内外腐蚀层间的热膨胀系数差将导致外腐蚀层发生大面积剥落,造成暴露在熔融盐中的内腐蚀层受到进一步腐蚀,在样品表面逐渐形成新的双层腐蚀结构,开启下一轮腐蚀循环过程。采用冷喷涂+热扩散技术在SS316L表面制备了 FeAl涂层。在冷喷涂制备纯Al涂层基础上,对该样品在800℃、900℃和1000℃下进行不同时间热处理,样品表面形成具有多层结构的扩散层,扩散层厚度随着热处理温度升高和保温时间延长而增加。在热扩散处理过程中,Fe和Al首先形成了 FeAl3相,随着热处理时间延长,FeAl3相逐渐向低Al含量的Fe-Al金属间化合物转化,并最终形成单一 FeAl相。从热力学角度分析了不同Fe-Al金属间化合物形成的原因,计算结果与实验结果的一致性较好。经1000℃保温2.5 h热处理的样品形成了致密且无裂纹的FeAl涂层。涂层表面显微硬度高达661 HV0.3,是基体材料的5倍,涂层样品的磨损率为1.1×10-5mm3/m,仅为基材磨损率的1/36。对所制备的FeAl涂层样品分别在600℃和700℃ LiNaK碳酸熔融盐中开展长期热腐蚀测试。结果表明,两种温度下样品的腐蚀增重皆很低,600℃和700℃腐蚀1000 h的样品增重分别为0.095 mg/cm2和0.22 mg/cm2,远低于无涂层SS316L样品。这归因于涂层表面形成了连续致密的LiAlO2钝化膜,有效阻止了熔融盐继续向涂层内的扩散。研究发现此过程中,存在LiAlO2钝化膜由α相向γ相的晶型转变,但该相转变几乎不影响FeAl涂层在本实验条件下的耐蚀性能;700℃腐蚀1000 h后,FeAl涂层中的Al含量仍高达45.7at.%。通过在碳酸熔融盐中加入1 wt.%NaCl来模拟工业实际服役环境,研究了氯离子对SS316L及FeAl涂层在碳酸熔融盐中腐蚀行为的影响。结果表明,熔融盐中的氯离子会被氧化形成氯气,并穿透氧化层与基体反应生成挥发性强的金属氯化物,这些金属氯化物会进一步扩散至氧化层表面形成金属氧化物并再次释放出Cl-,从而形成Cl自催化的闭环过程。SS316L在LiNaK-Cl碳酸熔融盐中的腐蚀动力学曲线比在LiNaK碳酸熔融盐中的腐蚀动力学曲线更陡,表明Cl的加入加速了 SS316L的腐蚀速率。在氯化物的作用下,SS316L内氧化层出现明显的孔洞和横向裂纹,样品表层发生起皱、开裂和部分剥落,这导致基体失去保护屏障而加速腐蚀进程。冷喷涂热扩散制备的FeAl涂层在LiNaK-Cl碳酸熔融盐中仍然表现出优异的耐蚀性能,这是因为在氯化物的催化作用下,涂层表面更快形成了连续致密的保护性LiAlO2钝化膜,有效阻挡了熔融盐对涂层的进一步腐蚀。