316L不銹鋼在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是在化學(xué)工業(yè)和能源生產(chǎn)中，因其成本效益和在惡劣高溫環(huán)境中的耐久性而發(fā)揮著重要作用。多聚磷酸（PPA）的生產(chǎn)工藝主要依賴于多級蒸發(fā)器來脫水磷酸，從而產(chǎn)生濃縮的PPA。這些高溫PPA對材料具有高度腐蝕性，因此需要耐腐蝕材料來有效對抗這些特定條件下的過程環(huán)境。然而，316L不銹鋼在多磷酸（PPA）環(huán)境中的腐蝕行為，特別是在高溫條件下的腐蝕失效機(jī)制卻鮮有探討。
近日，昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院磷化工團(tuán)隊(duì)通過失重測試和電化學(xué)測試，系統(tǒng)地研究316L不銹鋼在PPA中的腐蝕行為。此外，還通過宏觀形態(tài)觀察和掃描電子顯微鏡(SEM)分析腐蝕產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，并結(jié)合感應(yīng)耦合等離子體光譜(ICP)、X射線衍射光譜(XRD)和X射線光電子能譜(XPS)等分析技術(shù)，揭示316L不銹鋼的腐蝕機(jī)制。研究表明，溫度和浸泡時間顯著影響腐蝕動態(tài)，隨著溫度的升高，腐蝕速率加快，導(dǎo)致PPA中溶解元素的濃度增加。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，316L不銹鋼在PPA中的腐蝕過程涉及硫和鉻的選擇性溶解，隨后是鐵等其他金屬元素的參與，形成腐蝕產(chǎn)物層。通過SEM、XRD和XPS分析，發(fā)現(xiàn)腐蝕產(chǎn)物具有雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層富含鉻和硫，外層由磷酸鹽、硫化物和氧化物組成。隨著測試溫度的升高，內(nèi)層的厚度最初減少然后增加，而外層在腐蝕環(huán)境中因損傷和再生而先增厚后變薄。
該項(xiàng)研究首次詳細(xì)揭示了316L不銹鋼在PPA中的多步驟腐蝕機(jī)制，揭示了腐蝕產(chǎn)物的雙層結(jié)構(gòu)。通過系統(tǒng)地探討316L不銹鋼在高溫PPA中的腐蝕行為和機(jī)制，為相關(guān)工業(yè)應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持，有助于改進(jìn)材料的選擇和防腐蝕技術(shù)，從而延長設(shè)備使用壽命，提高生產(chǎn)安全性和經(jīng)濟(jì)效益。上述研究成果以《Corrosion mechanisms of 316L stainless steel in polyphosphoric acid at elevated temperature: Behavior and mechanistic insights》為題發(fā)表在材料腐蝕領(lǐng)域頂尖期刊《Corrosion Science》上。昆明理工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院為論文第一署名單位，2021級碩士研究生蘇廣遙為論文第一作者，謝于輝副教授和謝德龍教授為論文共同通訊作者。該研究工作得到云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃（202201AT070115，202201BE070001-031)），云南省重大科技專項(xiàng)（202202AG050001）以及云南省磷化工節(jié)能與新材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室平臺的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.corsci.2024.112277
