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        耐腐蝕復(fù)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(guān)鍵詞:耐腐蝕基合金雙相

        任顯赟

        (晉中師范高等??茖W(xué)校,山西 晉中 030600)

        金屬材料在目前市場中的多個(gè)領(lǐng)域中均有運(yùn)用,具有100%的金屬成分構(gòu)成,但是在實(shí)際的運(yùn)用過程中容易受到外界因素例如風(fēng)、雨、雪等侵蝕,而出現(xiàn)誘蝕現(xiàn)象,因此高溫耐腐蝕復(fù)合金屬材料成為一項(xiàng)重要的研究課題,具有重要的研究以及運(yùn)用價(jià)值。

        1 合金與復(fù)合材料的異同點(diǎn)

        (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(yùn)用在鋁合金建筑業(yè)、容器和包裝業(yè)、交通運(yùn)輸以及電子行業(yè)、飛機(jī)構(gòu)件等領(lǐng)域之中。

        (2)復(fù)合材料。復(fù)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(yùn)用在船體、汽車車身、排水管道、紡織、機(jī)械、化工機(jī)械、宇宙工業(yè)等領(lǐng)域之中。

        2 形形色色的耐腐蝕金屬材料

        (1)運(yùn)用鈦材生產(chǎn)耐腐蝕復(fù)合金屬。鈦材是耐腐蝕復(fù)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(hù)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(fù)。具有較廣的運(yùn)用性,在中性介質(zhì)、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(huì)在較短時(shí)間內(nèi)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(huì)產(chǎn)生生新生氫,影響了鈦的氧化膜,會(huì)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(zhì)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(dǎo)致焊道中局部具有較高的含鐵量,此時(shí)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(jī)械損壞狀態(tài)下,會(huì)使得氫元素滲入進(jìn)金屬之中,在外界溫度、壓力等因素的誘導(dǎo)下,會(huì)促進(jìn)氫擴(kuò)散,由此造成氫脆現(xiàn)象。在中等壓力以及溫度下運(yùn)用鈦時(shí),要求對周圍的環(huán)境進(jìn)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(shè)備的密封面材料中大量運(yùn)用了Ti-0.2Pd合金、Ti-0.3Mo-0.8Ni合金,對設(shè)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(guān)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(lǐng)域中均大量運(yùn)用了鈦。

        (2)運(yùn)用鎳及鎳基合金生產(chǎn)耐腐蝕復(fù)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(nèi)自行生產(chǎn),而鎳基合金則較多地依靠進(jìn)口。鎳在一定的狀態(tài)下能夠轉(zhuǎn)入鈍態(tài),在一定的溫度條件下其表面會(huì)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(huì)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(shí)若溶液之中具有較多的銅鹽、鐵鹽等雜質(zhì),以及具有氧化劑、充氣現(xiàn)象,則其耐氫氟酸性能會(huì)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(zhì)。

        (3)運(yùn)用鋯材生產(chǎn)耐腐蝕復(fù)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(xué)性能也較為合適。目前多種強(qiáng)腐蝕設(shè)備也逐漸運(yùn)用鋯材,對設(shè)備性能的提升具有顯著作用。

        (4)運(yùn)用鉭材生產(chǎn)耐腐蝕復(fù)合金屬。鉭材的化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定,目前在多種領(lǐng)域之中均有運(yùn)用,常見的包括Ta2、TaNB20、Ta1、TaNb3。在低于150℃下具有很強(qiáng)的抗化學(xué)腐蝕能力,在污染較為嚴(yán)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(fù)中大量運(yùn)用了鉭,即是運(yùn)用了其這一性質(zhì)。

        (5)其他材料在耐腐蝕復(fù)合金屬中的運(yùn)用。目前耐腐蝕復(fù)合材料中常見的雙相鋼包括標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)用既能夠達(dá)到鐵素體鋼的性質(zhì),同時(shí)也具有奧氏體鋼的特性。目前在石化、化工、制藥等多個(gè)領(lǐng)域之中均運(yùn)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(yùn)用成本。標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)蝕能力,與鎳基合金相比,生產(chǎn)與運(yùn)用的成本較低。鉬的運(yùn)用具有比300奧氏體不銹鋼更高的強(qiáng)度,具有顯著的抗氯離子點(diǎn)蝕能力。目前海水、食品以及其他化工環(huán)境中均大量運(yùn)用到了AL-6XN。

        3 制備耐腐蝕復(fù)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(jià)格要較高,難以在多個(gè)領(lǐng)域中進(jìn)行充分推廣與運(yùn)用,而金屬復(fù)合材料的研究與運(yùn)用能夠有效彌補(bǔ)這一不足之處[1]。金屬復(fù)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(shí)現(xiàn)了金屬鍵集結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了單個(gè)金屬材料的更加優(yōu)越的性能。對單個(gè)組元的性能進(jìn)行了有效彌補(bǔ),實(shí)現(xiàn)了對材料的合理利用,是目前材料工程學(xué)新的發(fā)展方向之一。耐腐蝕復(fù)合材料的運(yùn)用具有顯著優(yōu)勢,能夠?qū)崿F(xiàn)基層材料與復(fù)層材料之間的合理組合以及最佳配比,以此達(dá)到更加良好與穩(wěn)定的性能。在復(fù)合過程中可以結(jié)合使用的需要靈活調(diào)整所選材料的厚度比,為了降低工程造價(jià),可以適當(dāng)減少貴重希缺金屬的使用。在運(yùn)用過程中提升結(jié)構(gòu)的使用應(yīng)力,并降低結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)厚度。

        4 結(jié)語

        鈦材、鎳及鎳基合金、鋯材、鉭材等是耐腐蝕復(fù)合材料制備過程中選用的重要材料之一。耐腐蝕復(fù)合材料在目前多項(xiàng)領(lǐng)域中均有運(yùn)用,逐漸顯示出重要的運(yùn)用價(jià)值,應(yīng)當(dāng)積極加強(qiáng)對此的研究與運(yùn)用,本文分析了其性質(zhì)及其運(yùn)用,通過本文的分析能夠促進(jìn)對耐腐蝕復(fù)合材料的研究。

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