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Understanding the effect of oxide ions on Solar Salt chemistry and corrosion mechanism of 316L stainless steel at 600 °C

  • Solar Salt (60 wt% NaNO3, 40 wt% KNO3), used in Concentrated Solar Power (CSP) Thermal Energy Storage (TES) technology, can decompose into various products at elevated temperatures, with oxide ions being one of the known corrosive byproducts. The study mimics Solar Salt aging by intentionally adding sodium peroxide (Na2O2) and sodium oxide (Na2O) at concentrations of 0.005–0.33 wt% to investigate their role in the corrosion of austenitic stainless steel at 600 °C in typical operating conditions. Salt chemistry (nitrite, nitrate, oxide ions, and metal cations) was analyzed every 24 h, and steel corrosion after 168 h was assessed by weight change, corrosion rate, phase analysis, and cross-sectional morphology. Results reveal that at or above 0.135 wt% added Na2O2/Na2O leads to a quasi-steady-state equilibrium of oxide ions in the salt. Interestingly, at these concentrations, the presence of steel further decreases oxide ion concentration. Furthermore, above 0.135 wt%, the corrosion rateSolar Salt (60 wt% NaNO3, 40 wt% KNO3), used in Concentrated Solar Power (CSP) Thermal Energy Storage (TES) technology, can decompose into various products at elevated temperatures, with oxide ions being one of the known corrosive byproducts. The study mimics Solar Salt aging by intentionally adding sodium peroxide (Na2O2) and sodium oxide (Na2O) at concentrations of 0.005–0.33 wt% to investigate their role in the corrosion of austenitic stainless steel at 600 °C in typical operating conditions. Salt chemistry (nitrite, nitrate, oxide ions, and metal cations) was analyzed every 24 h, and steel corrosion after 168 h was assessed by weight change, corrosion rate, phase analysis, and cross-sectional morphology. Results reveal that at or above 0.135 wt% added Na2O2/Na2O leads to a quasi-steady-state equilibrium of oxide ions in the salt. Interestingly, at these concentrations, the presence of steel further decreases oxide ion concentration. Furthermore, above 0.135 wt%, the corrosion rate increases significantly, along with increased spallation, porosity and disintegration of the corrosion layer, forming a non-protective layer. This study highlights the critical role of oxide ions in the corrosion process.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Sumit Kumar, Srinivasan SwaminathanORCiD, Rene Hesse, Hennig Goldbeck, Wenjin Ding, Alexander Bonk, Thomas Bauer
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Corrosion Science
Jahr der Erstveröffentlichung:2025
Organisationseinheit der BAM:5 Werkstofftechnik
5 Werkstofftechnik / 5.1 Mikrostruktur Design und Degradation
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:Elsevier Ltd.
Jahrgang/Band:249
Aufsatznummer:112849
Erste Seite:1
Letzte Seite:17
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Alkali oxides; Austenitic stainless steel; High temperature corrosion; Solar Salt; Thermal Energy Storage
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Degradationsmechanismen
DOI:10.1016/j.corsci.2025.112849
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-628463
ISSN:1879-0496
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:03.04.2025
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:03.04.2025
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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