哈氏C-276多孔材料耐腐蚀性能的研究

邓 颖，杨团委，李永利

（1.过滤与分离技术国家地方联合工程中心，陕西 西安 710201；2.西部宝徳科技股份有限公司，陕西 西安 710201）

哈氏C-276属于镍-钼-铬-钨系镍基合金，是现代金属材料中最耐蚀的一种，在苛刻的腐蚀环境中，如化工、石油化工、烟气脱硫、纸浆和造纸、环保等工业领域有着相当广泛的应用[1，2]。PTA是产量居于全球前五十位的重要石油化工产品[3]，目前我国PTA生产能力已经位居世界第一位[4]。PTA是由石油经过一道道的工艺程序，加工得到的中间产品。在加工过程中所涉及的介质及所选用的催化剂大多具有较强的腐蚀性，一些重要的静设备、管件、高速泵及内件都选用了耐腐蚀性极强的哈氏C-276[5]。其中，PTA工业生产中的部分过滤装置，如精制母液过滤器和氧化母液过滤器，其核心过滤元件都是美国Motto公司或德国GKN公司提供的哈氏C-276粉末多孔元件[6]，可有效回收外排污水中的PTA固体，降低了污水处理难度。国内有工艺采用布袋过滤精制母液，但存在滤布精度低、易破损、堵塞难再生等问题[7]；另外，虽然哈氏价格昂贵，使用上受到了限制，但是在PTA装置中，处于复杂工况的设备上却不可替代[8，9]。因此，研究哈氏C-276粉末多孔材料制备工艺及性能，具有十分重要的意义。本文采用粉末冶金方法制备哈氏C-276多孔过滤材料，研究了醋酸腐蚀对哈氏C-276多孔滤材质量变化、微观形貌、多孔及压溃性能的影响，为PTA工业中用哈氏C-276多孔材料提供理论依据与技术支撑。

1 实验过程

1.1 实验样品制备

C-276哈氏设计成分为(质量分数)：15%Cr-16%Mo-5%Fe-4%W-余Ni。经过高压水雾化工艺制备C-276预合金粉，采用冷等静压成形，再经过高温烧结，滤管尺寸φ65mm×1000mm，厚度3.0mm。并取样对多孔材料进行腐蚀试验，腐蚀介质90%wt的醋酸，腐蚀介质温度80℃～90℃，腐蚀时间1周、2周、3周，并对比腐蚀前后多孔材料的断口形貌、质量变化及性能的变化。

1.2 实验测试

采用JSM-6400型扫描电镜观察腐蚀前、后烧结多孔材料断口形貌；按照GB/T 31909《可渗透性烧结金属材料透气度的测定》进行的透气度检测；按照GB/T 5249《可渗透性烧结金属材料气泡试验孔径的测定》进行最大孔径检测；按照GB/T 6804《径向压溃强度测定》规定测试多孔材料的压溃强度测试；采用失重法进行测试评价多孔材料的抗腐蚀性能。

2 结果与讨论

2.1 质量变化

图1是哈氏C-276在醋酸腐蚀介质中，质量损失随腐蚀时间多孔样品的变化曲线。

图1 质量损失随腐蚀时间的变化曲线

哈氏C-276多孔材料在90%wt醋酸腐蚀过程中，随着腐蚀时间的延长，多孔材料的质量损失率增加，但损失速率逐渐降低。分析认为，哈氏C-276中铬的加入提高了合金的抗氧化性及耐氧化性酸腐蚀。因此，随着腐蚀的加剧，多孔材料质量损失率逐步减慢，微观分析表面结果表明，是因为在腐蚀过程中合金表面生成了含Cr2O3的产物，这些腐蚀产物具有很好的致密性和连续性，不易破坏和剥落，因而阻滞了腐蚀过程的进行，大大降低了腐蚀速率，使合金产生了很好的钝化效果。

2.2 微观形貌变化

图2是哈氏C-276在醋酸腐蚀介质腐蚀3周前、后断口微观形貌。

图2 哈氏腐蚀前后断口形貌变化

通过图2观察可知，腐蚀前，哈氏颗粒表面相对光滑，颗粒表面留有经过高温烧结后形成的浅纹路；哈氏经过醋酸腐蚀介质在一定温度腐蚀3周后，颗粒表面出现弥散的不规则凹坑，凹坑中间有白色颗粒。这种凹坑及白色颗粒不仅在颗粒表面存在，在颗粒间的烧结颈也存在。

哈氏经过醋酸腐蚀3周后，表面出现明显腐蚀坑，如图3所示，并对其断口不同颜色或区域组织进行EDS元素成分测定，定点位置见图3，定点能谱数据见表1。

图3 哈氏腐蚀后断口EDS定点位置

表1 哈氏腐蚀后断口点能谱数据

通过表1可知，定点4为哈氏C-276基体区域，该点能谱数据符合哈氏C-276化成分要求；点2与点3为腐蚀坑里面的白色颗粒，主要合金元素为Ni、Cr、Mo、W、Fe，与点4对比，Ni、Fe、Cr含量降低，Mo、W含量升高；因此，哈氏C-276腐蚀后，断口之所以出现这样点蚀坑，主要是因为在合金元素中，Mo、W元素抗醋酸点蚀性能好，随着醋酸腐蚀液对哈氏的长时间侵蚀，哈氏C-276中的Ni、Fe、Cr元素优先被腐蚀掉，W、Mo耐蚀性好，腐蚀速度慢，被大量保留下来。

定点1为基体上凸起的白色小颗粒，其主要合金元素成分与点4对比，Cr、Fe、Ni化学成分变化稍变小，O与Si成分增高，推测可能形成SiO2，Si含量的升高，很有可能是烧结炉体不干净内部灰尘带入的结果。

2.3 多孔性能及压溃强度变化

表2给出了本实验哈氏C-276多孔材料腐蚀前后的性能。通过表4可知，腐蚀前、后哈氏C-276多孔材料的最大孔径、平均孔径、透气值变化都不大；压溃强度略有下降。分析认为，哈氏C-276多孔材料在醋酸溶液中，少量烧结颈存在腐蚀浅凹坑，导致颗粒结合强度下降，但总体而言，腐蚀过程中质量损失率低，因此，压溃强度变化也不大。

表2 宝德C-276多孔材料腐蚀后性能

表3给出了实验哈氏C-276与国外样品C-276多孔材料在醋酸腐蚀介质中前后性能变化对比表。从表中可以看出，多孔性能与压溃强度腐蚀前、后变化都不大。因此，哈氏C-276多孔材料在醋酸腐蚀溶液中的耐蚀性好，且宝德自制哈氏C-276多孔性能与压溃性能更优异。

表3 C-276多孔材料腐蚀前后性能对比

综上所述，宝德制作的哈氏C-276多孔材料，无论在多孔性能、力学性能（压溃强度）、耐醋酸腐蚀性能上，都达到或优于国外样品性能，因此在类似工况中（如在PTA生产的醋酸腐蚀性介质中），国产哈氏C-276多孔材料完全可以替代进口滤材。

3 结论

（1）用水雾化合金粉末，经过冷等静压成形、高温烧结工艺制备的高性能哈氏C-276多孔材料，平均孔径4μm～4.5μm，最 大 孔 径10μm～11μm，透 气 度40～55m³/㎡·h·KPa，压溃强度大于248MPa。

（2）哈氏C-276烧结粉末多孔材料具有较好的耐醋酸腐蚀性能。

（3）与国外样品性能对比得出，宝德制作的哈氏C-276多孔材料，具有明显的优势，因此在类似工况中，国产哈氏C-276多孔材料完全可以替代进口滤材。