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        耐腐蝕復合金屬材料的制備與催化性能研究

        2019-02-09 22:56:25任顯赟
        世界有色金屬 2019年20期
        關鍵詞:耐腐蝕基合金雙相

        任顯赟

        (晉中師范高等??茖W校,山西 晉中 030600)

        金屬材料在目前市場中的多個領域中均有運用,具有100%的金屬成分構成,但是在實際的運用過程中容易受到外界因素例如風、雨、雪等侵蝕,而出現(xiàn)誘蝕現(xiàn)象,因此高溫耐腐蝕復合金屬材料成為一項重要的研究課題,具有重要的研究以及運用價值。

        1 合金與復合材料的異同點

        (1)合金成分。合金包括兩種或兩種以上金屬材料或金屬與非金屬,鋁加入其它元素如:Cu、Mg、Si、Zn、Li,采用融合的生產(chǎn)工藝,主要運用在鋁合金建筑業(yè)、容器和包裝業(yè)、交通運輸以及電子行業(yè)、飛機構件等領域之中。

        (2)復合材料。復合材料為兩種或兩種以上不同材料。包括玻璃鋼與碳纖維等形式,碳纖維包括玻璃纖維與合成樹脂,碳纖維包括合成樹脂與碳纖維,采用特殊的加工方式,主要運用在船體、汽車車身、排水管道、紡織、機械、化工機械、宇宙工業(yè)等領域之中。

        2 形形色色的耐腐蝕金屬材料

        (1)運用鈦材生產(chǎn)耐腐蝕復合金屬。鈦材是耐腐蝕復合材料制備過程中可選擇的重要材料之一,具有顯著的耐腐蝕性特征,鈦具有較為顯著的鈍化傾向,能夠在中性水溶液、氧化性溶液以及空氣中生成氧化性保護膜,具有一定的穩(wěn)定性,即使遭到外界因素的破壞,依然能夠迅速恢復。具有較廣的運用性,在中性介質、氧化性層面具有較為顯著的奶腐蝕性。在將鈦與蒙乃爾合金、Sn、Pb、Cu放置在低濃度非氧化性酸中,蒙乃爾合金、Sn、Pb、Cu會在較短時間內腐蝕,但是鈦依然保持原有的形態(tài)。這是由于鈦在與鹽酸接觸過程中,在其表面會產(chǎn)生生新生氫,影響了鈦的氧化膜,會出現(xiàn)鈦的氫脆,這可能與鈦對氫有高度的活性之間有著一定聯(lián)系。鈦中具有一定的含鐵量,這在一定程度上影響著介質的腐蝕性,由于鈦材料自身的影響以及焊接過程中鐵滲入焊道等因素的影響,導致焊道中局部具有較高的含鐵量,此時腐蝕作用出現(xiàn)了不均勻的特征。鈦存在于油污表面位置,其中的氧化膜在出現(xiàn)機械損壞狀態(tài)下,會使得氫元素滲入進金屬之中,在外界溫度、壓力等因素的誘導下,會促進氫擴散,由此造成氫脆現(xiàn)象。在中等壓力以及溫度下運用鈦時,要求對周圍的環(huán)境進行一定控制與管理,避免出現(xiàn)表面鐵污染現(xiàn)象。鈦在使用過程中很少出現(xiàn)孔蝕現(xiàn)象,鈦在抗腐蝕疲勞穩(wěn)定性上性能較為穩(wěn)定。鈦具有良好的耐縫隙腐蝕性能,其中Ti-0.2Pd合金、Ti-0.3Mo-0.8Ni合金表現(xiàn)尤為明顯。在容器設備的密封面材料中大量運用了Ti-0.2Pd合金、Ti-0.3Mo-0.8Ni合金,對設備密封面縫隙腐蝕問題具有顯著的改善作用。鈦在三氯化鋁中則具有較高的腐蝕性,這可能與三氯化鋁水解后出現(xiàn)了濃鹽酸具有一定的關系。鈦在各種濃度次氯酸鹽、熱亞氯酸鈉等溶液中均具有較好的穩(wěn)定性,在漂粉精行業(yè)、真空制鹽等領域中均大量運用了鈦。

        (2)運用鎳及鎳基合金生產(chǎn)耐腐蝕復合金屬。目前我國鎳及鎳基合金的主要種類有Monel 400、Hastelloy B-2、純鎳N6、Hastelloy B、Hastelloy C-276等,工業(yè)用鎳主要由國內自行生產(chǎn),而鎳基合金則較多地依靠進口。鎳在一定的狀態(tài)下能夠轉入鈍態(tài),在一定的溫度條件下其表面會覆蓋一層氧化膜,這使得其多種鹽類水溶液以及水之中較耐腐蝕。在<17%硫酸、<15%鹽酸以及部分非氧化性稀酸中,在室溫狀態(tài)下具有一定的穩(wěn)定性,一旦向其添加CuCl2、AgNO3、FeCl2、HgCl2、次氯亞酸鹽等氧化劑,鎳會發(fā)生一定程度的腐蝕。在濃度不同的氫氟酸之中,在氧含量較少的情況下,蒙乃爾合金具有良好的耐腐蝕性。同時若溶液之中具有較多的銅鹽、鐵鹽等雜質,以及具有氧化劑、充氣現(xiàn)象,則其耐氫氟酸性能會大大下降。耐氫氟酸腐蝕性能較好的材料包括蒙乃爾合金、銀、鉑等物質。

        (3)運用鋯材生產(chǎn)耐腐蝕復合金屬。目前市場中常見的鋯材類型主要有:R60703、R60705、非核用鋯R60702、R60704、R60706。與鎳基合金、不銹鋼、鈦相比,鋯材具有更佳的耐腐蝕性能,在容器與換熱器的制造過程中鋯材的生產(chǎn)工藝性能以及力學性能也較為合適。目前多種強腐蝕設備也逐漸運用鋯材,對設備性能的提升具有顯著作用。

        (4)運用鉭材生產(chǎn)耐腐蝕復合金屬。鉭材的化學性質較為穩(wěn)定,目前在多種領域之中均有運用,常見的包括Ta2、TaNB20、Ta1、TaNb3。在低于150℃下具有很強的抗化學腐蝕能力,在污染較為嚴重的大氣中也具有良好的耐腐蝕性能。鉭不耐含氟離子以及碘化鉀溶液,在濃堿液之中耐腐蝕性較為有限。鉭對切口不敏感,一旦出現(xiàn)腐蝕,多為全面腐蝕現(xiàn)象,不常出現(xiàn)局部類型的腐蝕現(xiàn)象,例如腐蝕破裂以及腐蝕疲勞等現(xiàn)象。因此在襯里材料以及包復中大量運用了鉭,即是運用了其這一性質。

        (5)其他材料在耐腐蝕復合金屬中的運用。目前耐腐蝕復合材料中常見的雙相鋼包括標準雙相不銹鋼(2205型)、低級雙相不銹鋼(2304型)、超級雙相不銹鋼(2507型)。鐵素體-奧氏體雙相不銹鋼的運用既能夠達到鐵素體鋼的性質,同時也具有奧氏體鋼的特性。目前在石化、化工、制藥等多個領域之中均運用到了雙相不銹鋼。雙相不銹鋼是介于316L等普通奧氏體鋼與較高合金之間的一種類型,能夠顯著降低運用成本。標準的300系列合金相比,AL-6XN合金具有更為良好的抗壓力縫隙腐蝕、抗縫隙腐蝕、抗點蝕能力,與鎳基合金相比,生產(chǎn)與運用的成本較低。鉬的運用具有比300奧氏體不銹鋼更高的強度,具有顯著的抗氯離子點蝕能力。目前海水、食品以及其他化工環(huán)境中均大量運用到了AL-6XN。

        3 制備耐腐蝕復合金屬材料

        在眾多的金屬體系中,一些特定金屬具有防腐蝕性特征,但是其使用價格要較高,難以在多個領域中進行充分推廣與運用,而金屬復合材料的研究與運用能夠有效彌補這一不足之處[1]。金屬復合材料是由a、b、c等若干金屬在不同的生產(chǎn)工藝下制備的一種新型材料,實現(xiàn)了金屬鍵集結合,實現(xiàn)了單個金屬材料的更加優(yōu)越的性能。對單個組元的性能進行了有效彌補,實現(xiàn)了對材料的合理利用,是目前材料工程學新的發(fā)展方向之一。耐腐蝕復合材料的運用具有顯著優(yōu)勢,能夠實現(xiàn)基層材料與復層材料之間的合理組合以及最佳配比,以此達到更加良好與穩(wěn)定的性能。在復合過程中可以結合使用的需要靈活調整所選材料的厚度比,為了降低工程造價,可以適當減少貴重希缺金屬的使用。在運用過程中提升結構的使用應力,并降低結構設計厚度。

        4 結語

        鈦材、鎳及鎳基合金、鋯材、鉭材等是耐腐蝕復合材料制備過程中選用的重要材料之一。耐腐蝕復合材料在目前多項領域中均有運用,逐漸顯示出重要的運用價值,應當積極加強對此的研究與運用,本文分析了其性質及其運用,通過本文的分析能夠促進對耐腐蝕復合材料的研究。

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