高温腐蚀指材料在高温(通常≥200℃)环境下与介质(如氧化性气体、含硫/氯气体、熔盐等)发生化学反应,导致材料性能劣化的现象。高温腐蚀检测核心目标是评估设备耐蚀性、预测寿命、预防失效(如爆管、泄漏),保障电力、石化、航空航天等领域关键装备的安全运行。
高温腐蚀检测方法与技术原理
重量法
失重法:通过测量试样腐蚀前后的重量差计算腐蚀速率,适用于剥落型腐蚀产物(如氧化皮)。
增重法:适用于致密附着型腐蚀产物(如硫化物),通过增重量评估腐蚀程度。
连续称重系统:利用热天平实时记录重量变化,绘制腐蚀动力学曲线,精度达微克级。
电化学技术
线性极化法:快速获取瞬时腐蚀速率,适用于均匀腐蚀监测。
电化学阻抗谱(EIS):分析钝化膜稳定性、腐蚀反应机制,结合高温电化学工作站实现原位测试。
动电位极化曲线:测定自腐蚀电位、击穿电位,评估局部腐蚀倾向。
微观结构分析
扫描电子显微镜(SEM)+能谱(EDS):观察腐蚀形貌、成分分布,识别点蚀、晶间腐蚀等缺陷。
X射线衍射(XRD):分析腐蚀产物物相(如Fe₂O₃、NiCr₂O₄),确定腐蚀机制。
透射电镜(TEM):纳米尺度表征腐蚀界面结构、元素扩散路径。
高温高压环境模拟
高温高压釜系统:模拟核电、石化等工况,控制温度(≤650℃)、压力(≤30MPa)、介质浓度(如含硫气体、熔盐),进行加速腐蚀试验。
多场耦合试验:结合温度循环、流速变化、应力加载,模拟真实服役环境(如锅炉水冷壁热冲击)。
原位在线监测
光学/声发射(AE)技术:实时监测裂纹萌生与扩展,如核电高温高压水中的应力腐蚀开裂。
光纤传感器:嵌入设备内部,远程监测温度、应变、腐蚀产物厚度变化。
无线传感器网络(WSN):实现高温环境下的数据实时传输与智能分析。
应用场景与典型案例
电力行业:锅炉水冷壁、过热器管材的高温氧化/硫化腐蚀检测。例如,某电厂采用热喷涂铝技术,在管壁形成Al₂O₃保护层,腐蚀速率降低80%。
核电领域:反应堆压力容器、蒸汽发生器传热管的应力腐蚀开裂(SCC)评估。通过原位电化学测试与AE监测,实现裂纹扩展的实时追踪。
航空航天:发动机涡轮叶片热障涂层(如YSZ)的高温氧化与热腐蚀检测。采用高温拉曼光谱分析涂层相变与界面反应。
石油化工:加氢反应器、裂解炉管的氢腐蚀、硫化腐蚀检测。通过电偶腐蚀试验评估异种金属接头的腐蚀风险。