基于新金属材料化工耐蚀的开发与应用技术研究

刘子臣，邢宏龙

（安徽理工大学，安徽 淮南 232000）

化工生产进入现代化、规范化行列，化工实际生产中对应用材料标准愈发严格，为满足此类高要求、高标准，应积极研发新材料，为其生产提供保障。新型金属材料主要是指具有特殊物理性能的新金属材料，其在研制和开发中除沿用传统工艺技术外，还选用各类新兴材料和技术，增强其自身实际耐腐蚀性。化工生产特征为高危性、复杂性，需结合未来实际发展，研发新金属材料，选取合理措施增强其耐蚀性，为化工生产提供生产材料，促进此类材料应用范围的扩展。

1 化工耐蚀新金属材料类型分析

1.1 新型耐蚀合金材料

合金作为新兴材料，其凭借自身多个优势广泛用于不同领域中，获取较佳的应用成效。我国科学技术高速发展，工作人员在研发工艺中，不仅需考量技术应用合理性和时效性，而且需注重其节能环保成效。为积极响应国家绿色环保战略目标，越来越多的生产单位重视研发节能型合金，且在实践中完善和优化，促进其面向更大范围内使用。为研发较少甚至不含有珍稀金属的合金材料，尤其是针对含有Cr、Ni元素较少的不锈钢进行了深层次开发。当下相关研究学者将研究重点放置于Fe-Al-Mn体系，相关资料数据表明，Mn30AL10型钢作为现下已经研发出的新型化金属材料，其自身耐蚀性较强，实际应用价值较强。部分研究显示，有国家研制出Cr15NiJ5Mo型不锈钢，此类不锈钢主要适用于酸性油气井内，其实际应用成效较佳，可将原有的双相钢替代。以Mo、Nb和Cu为基础元素，利用其灵活性，实现复合化处理，具备较为显著的成效。节约型钢可实现节约资源目标，成为我国研发的重点，高耐蚀材料研发和探索的主要方向为高合金化材料，针对不锈钢较大的市场需求，可研发更为丰富的耐化工强腐蚀的材料[1]。

1.2 非晶钛合金材料

非晶钛合金材料是常见的多元合金，其内部组成包含多元化的金属及类金属，该金属也被称之为金属玻璃。非晶钛合金原子实际排列处于无序化下，难产生位错等现象，即便产生成分偏析的现象，对此类材料的影响较小，表明该材料耐蚀性较强，机械强度较高。研发非晶态耐蚀合金的前期，实际操作人员选用珍稀金属作为核心成分，后续对Ni、Fe等合金材料成功研制后，其材料内部构成实际成分发生较大变化，显著增强其实际应用成效。具体而言，Fe-Al-Mn合金最大限度使用快凝技术，促使其呈现为非晶化的状态，更增强其耐蚀性能。Al-Fe-B作为高质量的材料之一，其也获得更为普遍的使用，铝基非晶态合金也是性价比较高的材料之一，其最为关键的特征是高强度。Al-La-Ni合金材料内部含有大量的铝，选取相应措施将其晶化处理后，可有效强化材料内部断裂强度，即便处于较高温度状况下也可处于原有断裂强度范围内。相较于传统合金，此类材料实际应用性能更优化，坚韧性和腐蚀性能较为优良[2]。

1.3 镁合金材料的分析

镁合金作为制造产业内重量最轻的可用金属材料，其自身性能和特征决定其实际应用范围较为广泛，有助于缓解各类资源耗损，减轻能源和环境的压力，从减排、节约等视角出发，耐蚀性镁合金材料开发和应用十分关键。镁合金自身耐蚀性的增强可通过2种方式实现，即优化其内部成分、表面技术，处于其表面增设保护层，减少外界对其整体的腐蚀作用。当下研究增强镁合金实际表面耐蚀性的方法较多，体现在以下几方面。第一，融入稀土元素，可促使整个镁合金内部抗氧化性能优化，净化合金液，大幅度提升整体耐蚀性能，对其适当进行一系列处理加工，其耐蚀性还可增强。部分研究将AM60镁合金内加入稀土元素，可促使Al元素氧化膜含量，形成新的氧化物膜，促使Mg-Al系合金耐蚀性能提高。通过适当加入合金元素，利用其灵活性完成镁合金微观结构的变更和调整，尤其是第二相调控，可大幅度增加镁合金耐蚀性。第二，激光表面改性。激光表面熔化作为高效的表面处理方法，其内部涵盖多种工艺，可通过处理控制工艺参数，优化和改变镁合金微观结构，促使其耐蚀性进一步强化。据研究人员实践操作表明，利用激光溶覆Al-Cu合金，显著增强AZ91HP镁合金耐磨性和耐蚀性，发现其涂层处于Al-Mg基体内分布硬质相AlCu4和Mg17Al12，涂层形成较为紧密的氧化膜，大幅度增强整个涂层耐蚀性。第三，物理气相沉积法。选用PVD过程中可选用2种方式，促使涂层材料喷出，将其沉积于整个镁合金表面，两者相较磁控溅射工艺可确保涂层较为均匀，与基体实际强度结合较高，可广泛进行使用。第四，热处理法。镁合金通过适当的热处理后，可促使其整个组织更具均匀性，增强其耐蚀性，磁场下镁合金热处理研究成为人们关注的焦点，有研究发现热处理中作用的磁场可细化晶粒，保证第二相析出和成分均匀分布，显著提高镁合金耐蚀性。第五，电沉积法。该技术最为凸显的优势是整体操作较为简易、耗能较低，可处于整个金属部件表面，获得防腐蚀镀层，其最为重要的是需制备厚度均匀、紧密的镀层。多个实践研究分析，电沉积过程中作用相应的磁场，可控制电沉积过程镀液传质行为，甚至可影响整个镀层组织、组织结构取向，为制备其表面耐蚀性材料提供新思路[3]。

2 基于新金属材料化工耐蚀的应用内容分析

2.1 钛及钛合金

钛及钛合金自身密度较小、耐蚀性较佳，钛是具备强烈钝化倾向的金属，处于空气和氧化性或中性水溶液内可短周期内生成稳定的氧化性保护膜，即便受多方面因素的干扰促使其膜受损伤，也可自动恢复，钛在氧化性、中性介质内表现为优良的耐腐蚀性。由于钛具备较强的钝化性能，处于多种状况下与异种金属接触时，并不加速腐蚀，可能加速异种腐蚀。钛内含铁量对部分介质内耐蚀性能存在一定的干扰，铁增多的原因多是焊接过程中夹杂部分铁渗透于焊道内，促使其局部含铁量显著增加，其腐蚀具有不均匀性质。随着我国经济高速发展，此类新金属材料进入人们视野中，普遍用于汽车、电子、航空与化工等领域中。20世纪80年代，美国航空用钛占钛材总用量的74.8%，英国、俄罗斯等国家钛材也主要用于航空工业，日本超过90%的钛材用于民用工业。随着钛及钛合金材在非航空工业中应用比重不断增加，航空作为其核心应用阵地，钛零件在多个飞机构件上发挥关键作用。同时，在航海业的船舶制作中，钛具有较佳的应用成效，近年来海洋油气勘探与开发方面钛发挥重要作用，主要用于建造悬浮式生产作业船，新平台生命安全系统需50～500 t钛。在能源工业内选用已知钛可作为发电装置冷凝器和热交换器，用钛量显著增加。海洋油气钻探与地热开发，主要选取多个钛合金，船用紧固件也同样使用，为满足海洋工程客观需求，我国开发了Ti75、Ti31和Ti631。

2.2 铝及铝合金

铝及铝合金不仅具备较佳的导热性、易成型，而且经济性十分凸显，普遍用于航空航天、交通运输等领域。伴随电力企业高速发展，冶炼技术逐步在实践中不断完善和优化，其性价比显著增强，当下交通运输产业作为铝合金材料应用主力军，铝及铝合金在航空航天、交通运输和汽车领域应用日渐增加。首先，民用飞机的应用。每架飞机铝合金铆钉包含40～150万个，据波音飞机公司统计，制造各类民用飞机30余万架，共用铝材7 100 kt，每架使用铝均22 t。铝锂合金自身具有高比刚度、耐腐蚀性能，替代原有铝合金可促使整个构件自重较强，刚度显著提升，被视为航天航空最理想的结构材料。其次，汽车领域的应用。汽车铝合金材料3/4为铸造铝合金，用于最为关键的发动机部件、传动部件和底盘行走等零部件，变形铝合金主要用于热交换器系统和车身部件。泡沫铝被视为未来具有发展潜力的汽车良好材料，其质量比钢件较轻，汽车车身构件约20%可选用泡沫铝材制造，也可减少对环境的污染。

2.3 镁及镁合金应用

镁及镁合金凭借优良的物理、机械加工性能，成为最具开发前景的材料，以及21世纪的绿色金属材料，未来镁将成为需求增长最快的有色金属。一方面，汽车、摩托车等交通类产品。各国对汽车节能和尾气排放要求愈发严格，为实现此类目标，要求汽车制造商需应用更多高新技术，生产自重较轻、耗油量较少，满足环保需求的汽车。据实际测算，汽车自重减轻10%，其燃油实际效率可显著提升。镁作为实际应用中质量最轻的金属结构材料，在汽车减重和性能优化改善中成为人们重视的关键，各汽车生产厂家将镁合金制造零件作为核心发展方向。在欧美国家中，不同的汽车厂家将选用镁合金零件作为车辆发展领先的标识，大众、奥迪等汽车厂商纷纷选用镁合金。另一方面，镁合金汽车行业对镁合金大量需求，促进镁合金生产技术的多项突破，镁合金实际应用成本下降，助力镁合金处于计算机、仪表仪器内应用发展。镁合金应用发展较为迅速的是电子信息和仪器仪表行业，其数量较大、覆盖面较广，近年来电子信息行业镁合金实际耗损量增加，是拉动全球镁消耗量增加的核心因素[4]。

3 化工耐蚀新金属材料开发应用策略和建议分析

化工耐蚀新金属材料的开发和应用十分关键，需充分结合实际状况，积极提出相应的开发和应用策略，提高其实际应用成效。为达成该使用目标，应精准掌握未来产业发展需求，提出可行性的开发和应用策略，体现在以下几方面。

（1）积极研制和创新。开发和研制化工耐蚀新金属材料过程中，相关工作人员需进一步引入并汲取国外先进新型技术手段，加大自主研发力度，在不断实践中完善和创新。基于我国化工耐蚀新金属材料整体发展层面分析，硫酸、尿酸等化学材料或钛合金等金属材料，均是通过学习国外研究获得。具体而言，初期我国引入发达国家的合金，其耐蚀性有待提升，对其进行优化和改造后，方可增强其耐蚀性，扩展其实际应用范围。我国科学技术高速发展，无法沿用原有单一仿制海外制作材料方法，需更深层次地分析各类先进、新型钢种，系统学习各类更为先进的工艺技术，如冷热加工工艺、感应焊接技术等。此外，相关人员需逐步增强实验测试水平，结合实验结果进行逐步改善和优化，做好相关信息整合分析，创新耐蚀钢的类别，促进我国化工领域不断向前发展。

（2）精准掌握时代发展趋势。我国科学技术水平提升，专家研发制作了部分耐蚀性钢，我国化工生产工艺逐步向高温等方向发展。对部分装置受不同程度的腐蚀，相关人员应选取钛材或其他替代材料，减少实际腐蚀程度。部分炼油厂生产中，会选取Cr2AlMo钢，实现催化吸收，可较佳替代碳钢，大幅度增强整体抗蚀性。考量其硬度较高，工作人员对其进行改良优化，减少其碳含量，研发新的钢材，增强其实际应用操作可靠性及焊接紧密性。我国多个区域的石化厂常将此类钢用于热换器内，具备较强的抗腐蚀能力。需强调的是，其他石化设备厂通过减少钢内实际含碳量的方法，提供去钒处理，联合使用稀土脱硫等方式，增强钢的可焊接能力。从上述实际结果分析可知，研发人员对老钢种内部构成做好针对性优化和改良，逐步做好提炼工作，充分汲取各类老钢种优势的基础上，充分发挥其实际应用价值，最终满足新时代石化生产的标准和要求。据相关资料数据显示，我国在研发初期阶段多个冶金单位研发新型耐蚀材料无法获取较佳的应用成效。18Mo-12Mo钢被用于多个项目装置中，受多方面因素的影响，生产中出现各类质量、技术等方面问题，可合理调整其组分，工作人员选用新型的VOD、AOD等现代化冶炼工艺，进一步筛除其中含有的杂质，获取新的研究成果[5]。

（3）积极完善耐蚀钢材材料产业发展，加速研发进程。当下我国钢产量逐步增加，其消耗量也随之增加，在钢材大需求背景下，不锈钢产量和水平无法满足化工产业客观要求，需从国外引入不锈钢，引发此类问题的原因较多，如国产耐蚀钢产量、品种无法满足化工生产实际需求，且成套供应方面与实际需求存在较大差距；相较于发达国家，国内耐蚀钢生产力及对耐蚀钢质量把控力度不足，部分特殊的耐蚀性合金材料难以达到技术要求。为积极突破发展困境，应加速完善耐蚀材料产业的发展，加大研发力度，减少钢材进口产量，减少成本，助力该产业稳健发展。

（4）兼具经济性和科技含量。为推动化工产业良好发展，工作人员需考量经济效益、科技水平等方面问题，始终遵循节能绿色的发展理念，以人与自然和谐发展为基础，保证各类新金属材料应用最大化。化工生产企业选取生产原材料和耐蚀性用材方面要求较为严格，不同生产装置设备具有自身的规范和操作标准，相关人员需做好精准用材、科学选材。若无法正确应用材料，引发各类材料使用浪费等状况，对环境产生严重的污染。选择材料过程中，应基于经济性、技术性层面做好考量，且从整体宏观层面做好考量，通过大量实践经验分析，相较于不锈钢耐蚀性低合金钢自身经济优势和价值较为凸显，科学合理用材过程中，相关人员可同时选用多种材料替代原有不锈钢。基于技术层面分析，选用铁素体或双相不锈钢等，增强防应力耐腐蚀防破裂的成效。具体应用中，操作人员需充分关注脆性实际转变温度，选取低锰高铝不锈钢做好防点蚀缝蚀[6]。

4 结束语

为凸显化工生产核心竞争优势，满足化工生产实际需求，需加大新金属材料耐蚀性研究，加大此类新金属材料的研发，用于实际生产中，推动化工产生良好发展。应不断探索和研发新金属材料，掌握其特征和规律，选取可行性较高的方法，增强其耐蚀性，满足化工等产业需求，促进耐蚀新金属材料研发进程，获取可观的经济效益，助力我国化工生产水平的提升，也为科技水平的发展开辟新道路。