MAX相A位贵金属元素替代显著提升高温熔盐下耐腐蚀性能

2025年12月13日 10:28:49 人气: 12441 来源: 中国科学院宁波材料技术与工程研究所

　　【仪表网研发快讯】新型热能储能系统普遍采用高温氯化物熔盐作为储热介质，这些高腐蚀性熔盐在高温运行环境下会对系统中合金结构材料造成严重腐蚀，开发新型耐高温腐蚀结构材料成为推动该能源领域发展的关键。具有独特层状结构的三元碳化物MAX相材料(Mn+1AXn)兼具金属的优异导电导热性与陶瓷材料固有的高熔点、高热稳定性和良好机械强度，是下一代高温结构材料的理想候选者。该类材料的六方晶系结构由交替排列的M6X八面体层和A元素原子层构成，层间相对较弱的M-A键在极端环境下(高温氧化、腐蚀、电化学等)会发生显著的化学氧化，从而造成结构转变和物理性能的恶化。如何改善MAX相材料M-A亚层在极端条件上的结构稳定性是面向应用亟需攻克的难题。

　　近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所全省数据驱动高安全材料及应用重点实验室科研人员成功合成V2(Sn1-xRux)C(x = 0, 0.05, 0.1, 0.2)固溶型MAX相材料，其中A位原子引入了具有高氧化还原电位的钌(Ru)元素。腐蚀研究表明，相对比常规V2SnC材料，V2(Sn0.8Ru0.2)C在700℃的MgCl2-NaCl-KCl熔盐中腐蚀100小时后，表现出增重行为——这源于其表面形成了致密的保护性腐蚀产物层，且腐蚀层厚度从33.2 μm显著降低至9.7 μm，未发现明显腐蚀裂纹。700℃原位电化学测试研究发现Ru的引入使MAX相材料的开路电位从0.96 V显著正移至1.16 V，氧化电流密度大幅降低，表明其热力学稳定性和动力学耐腐蚀性均得到增强。该研究揭示了A位引入贵金属元素能够抑制腐蚀性元素扩散，促进保护性钝化层形成，为MAX相用于下一代聚光太阳能系统等极端环境应用提供了新思路。

　　该成果以“A-Site substitution in V2SnC MAX phase for enhanced corrosion resistance in high-temperature molten salts”为题发表在Electrochimica Acta上(Electrochimica Acta 544 (2025) 147700)。本研究得到了国家自然科学基金(12435017, U23A2093, 52172254, 52202325)等项目的资助。

　　图1 MAX相材料A层引入Ru后前后腐蚀结果：(a) MAX相块体100小时腐蚀后的表面/截面SEM及元素分布谱图；(b) 腐蚀前后宏观表面形貌及质量变化：(c) 700℃熔融MgCl2-NaCl-KCl中五种材料电化学测试

　　图2 (a) MAX相材料A层引入Ru后对电子调控示意图；(b) MAX相腐蚀层变化示意图

　　(先进核能材料实验室李嘉祥)

关键词：金属,耐腐蚀性

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