耐腐蚀复合金属材料的制备与催化性能研究

2019-02-09任显赟

世界有色金属 2019年20期

关键词：耐腐蚀基合金双相

任显赟

（晋中师范高等专科学校，山西晋中 030600）

金属材料在目前市场中的多个领域中均有运用，具有100%的金属成分构成，但是在实际的运用过程中容易受到外界因素例如风、雨、雪等侵蚀，而出现诱蚀现象，因此高温耐腐蚀复合金属材料成为一项重要的研究课题，具有重要的研究以及运用价值。

1 合金与复合材料的异同点

（1）合金成分。合金包括两种或两种以上金属材料或金属与非金属，铝加入其它元素如：Cu、Mg、Si、Zn、Li，采用融合的生产工艺，主要运用在铝合金建筑业、容器和包装业、交通运输以及电子行业、飞机构件等领域之中。

（2）复合材料。复合材料为两种或两种以上不同材料。包括玻璃钢与碳纤维等形式，碳纤维包括玻璃纤维与合成树脂，碳纤维包括合成树脂与碳纤维，采用特殊的加工方式，主要运用在船体、汽车车身、排水管道、纺织、机械、化工机械、宇宙工业等领域之中。

2 形形色色的耐腐蚀金属材料

（1）运用钛材生产耐腐蚀复合金属。钛材是耐腐蚀复合材料制备过程中可选择的重要材料之一，具有显著的耐腐蚀性特征，钛具有较为显著的钝化倾向，能够在中性水溶液、氧化性溶液以及空气中生成氧化性保护膜，具有一定的稳定性，即使遭到外界因素的破坏，依然能够迅速恢复。具有较广的运用性，在中性介质、氧化性层面具有较为显著的奶腐蚀性。在将钛与蒙乃尔合金、Sn、Pb、Cu放置在低浓度非氧化性酸中，蒙乃尔合金、Sn、Pb、Cu会在较短时间内腐蚀，但是钛依然保持原有的形态。这是由于钛在与盐酸接触过程中，在其表面会产生生新生氢，影响了钛的氧化膜，会出现钛的氢脆，这可能与钛对氢有高度的活性之间有着一定联系。钛中具有一定的含铁量，这在一定程度上影响着介质的腐蚀性，由于钛材料自身的影响以及焊接过程中铁渗入焊道等因素的影响，导致焊道中局部具有较高的含铁量，此时腐蚀作用出现了不均匀的特征。钛存在于油污表面位置，其中的氧化膜在出现机械损坏状态下，会使得氢元素渗入进金属之中，在外界温度、压力等因素的诱导下，会促进氢扩散，由此造成氢脆现象。在中等压力以及温度下运用钛时，要求对周围的环境进行一定控制与管理，避免出现表面铁污染现象。钛在使用过程中很少出现孔蚀现象，钛在抗腐蚀疲劳稳定性上性能较为稳定。钛具有良好的耐缝隙腐蚀性能，其中Ti-0.2Pd合金、Ti-0.3Mo-0.8Ni合金表现尤为明显。在容器设备的密封面材料中大量运用了Ti-0.2Pd合金、Ti-0.3Mo-0.8Ni合金，对设备密封面缝隙腐蚀问题具有显著的改善作用。钛在三氯化铝中则具有较高的腐蚀性，这可能与三氯化铝水解后出现了浓盐酸具有一定的关系。钛在各种浓度次氯酸盐、热亚氯酸钠等溶液中均具有较好的稳定性，在漂粉精行业、真空制盐等领域中均大量运用了钛。

（2）运用镍及镍基合金生产耐腐蚀复合金属。目前我国镍及镍基合金的主要种类有Monel 400、Hastelloy B-2、纯镍N6、Hastelloy B、Hastelloy C-276等，工业用镍主要由国内自行生产，而镍基合金则较多地依靠进口。镍在一定的状态下能够转入钝态，在一定的温度条件下其表面会覆盖一层氧化膜，这使得其多种盐类水溶液以及水之中较耐腐蚀。在＜17%硫酸、＜15%盐酸以及部分非氧化性稀酸中，在室温状态下具有一定的稳定性，一旦向其添加CuCl2、AgNO3、FeCl2、HgCl2、次氯亚酸盐等氧化剂，镍会发生一定程度的腐蚀。在浓度不同的氢氟酸之中，在氧含量较少的情况下，蒙乃尔合金具有良好的耐腐蚀性。同时若溶液之中具有较多的铜盐、铁盐等杂质，以及具有氧化剂、充气现象，则其耐氢氟酸性能会大大下降。耐氢氟酸腐蚀性能较好的材料包括蒙乃尔合金、银、铂等物质。

（3）运用锆材生产耐腐蚀复合金属。目前市场中常见的锆材类型主要有：R60703、R60705、非核用锆R60702、R60704、R60706。与镍基合金、不锈钢、钛相比，锆材具有更佳的耐腐蚀性能，在容器与换热器的制造过程中锆材的生产工艺性能以及力学性能也较为合适。目前多种强腐蚀设备也逐渐运用锆材，对设备性能的提升具有显著作用。

（4）运用钽材生产耐腐蚀复合金属。钽材的化学性质较为稳定，目前在多种领域之中均有运用，常见的包括Ta2、TaNB20、Ta1、TaNb3。在低于150℃下具有很强的抗化学腐蚀能力，在污染较为严重的大气中也具有良好的耐腐蚀性能。钽不耐含氟离子以及碘化钾溶液，在浓碱液之中耐腐蚀性较为有限。钽对切口不敏感，一旦出现腐蚀，多为全面腐蚀现象，不常出现局部类型的腐蚀现象，例如腐蚀破裂以及腐蚀疲劳等现象。因此在衬里材料以及包复中大量运用了钽，即是运用了其这一性质。

（5）其他材料在耐腐蚀复合金属中的运用。目前耐腐蚀复合材料中常见的双相钢包括标准双相不锈钢（2205型）、低级双相不锈钢（2304型）、超级双相不锈钢（2507型）。铁素体-奥氏体双相不锈钢的运用既能够达到铁素体钢的性质，同时也具有奥氏体钢的特性。目前在石化、化工、制药等多个领域之中均运用到了双相不锈钢。双相不锈钢是介于316L等普通奥氏体钢与较高合金之间的一种类型，能够显著降低运用成本。标准的300系列合金相比，AL-6XN合金具有更为良好的抗压力缝隙腐蚀、抗缝隙腐蚀、抗点蚀能力，与镍基合金相比，生产与运用的成本较低。钼的运用具有比300奥氏体不锈钢更高的强度，具有显著的抗氯离子点蚀能力。目前海水、食品以及其他化工环境中均大量运用到了AL-6XN。

3 制备耐腐蚀复合金属材料

在众多的金属体系中，一些特定金属具有防腐蚀性特征，但是其使用价格要较高，难以在多个领域中进行充分推广与运用，而金属复合材料的研究与运用能够有效弥补这一不足之处[1]。金属复合材料是由a、b、c等若干金属在不同的生产工艺下制备的一种新型材料，实现了金属键集结合，实现了单个金属材料的更加优越的性能。对单个组元的性能进行了有效弥补，实现了对材料的合理利用，是目前材料工程学新的发展方向之一。耐腐蚀复合材料的运用具有显著优势，能够实现基层材料与复层材料之间的合理组合以及最佳配比，以此达到更加良好与稳定的性能。在复合过程中可以结合使用的需要灵活调整所选材料的厚度比，为了降低工程造价，可以适当减少贵重希缺金属的使用。在运用过程中提升结构的使用应力，并降低结构设计厚度。