CN106011698A - 一种海水冷却系统合金材料及其制备方法 - Google Patents

一种海水冷却系统合金材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种海水冷却系统合金材料，由下列重量份的原料制成：铜合金5‑12份、铝合金5‑10份、钼铌合金5‑10份、镍合金5‑11份、铜粉3‑12份、钛5‑9份、镁6‑11份、锰2‑5份、锌3‑6份、钽2‑5份、镉2‑7份、白铁5‑7份、玻璃纤维7‑12份、聚酯纤维5‑8份、海藻糖4‑9份、壳聚糖3‑7份、N,N‑二甲基甲酰胺3‑9份、2‑巯基苯并噻唑4‑9份、聚乙烯吡啶3‑7份、盐酸羟胺2‑5份、抗腐蚀剂5‑10份、热稳定剂5‑10份。制备而成的海水冷却系统合金材料，其耐腐蚀性能佳、导热性能大。同时，还公开了相应的制备方法。

Description

一种海水冷却系统合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，特别涉及一种海水冷却系统合金材料及其制备方法。
背景技术
在淡水资源日益紧缺的今天，海水直接利用得到了社会各界的普遍关注。越来越多的滨海电厂、化工企业和上海作业项目采用海水替代淡水作工业冷却水应用于实际的生产中。大多数海水冷却系统的材料都采用铜及铜合金材料。铜及铜合金因其优良的导热性能和机械加工性能被广泛应用于冷却系统的凝汽器或热交换机中。但是海水组分的复杂性和腐蚀性能等影响因素的多样性，使得普通的铜及铜合金材料在海水冷却体系中会发生比较严重的腐蚀，从而影响其导热性能和使用寿命。
传统的海水冷却系统在冷却系统材料性能方法的研究还比较落后。传统的海水冷却系统几乎都是在冷却系统以外增加一些防护措施来缓解海水对冷却系统材料的腐蚀。所以现如今急需从海水冷却系统的制备材料上进行技术革新，从根上提高材料的耐腐蚀性、增加导热性来满足社会相关行业对海水冷却系统性能的要求。由此可以看出研制出一款耐腐蚀性能佳、导热性能好的海水冷却系统金属合金材料显得尤为重要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种海水冷却系统合金材料及其制备方法，通过采用特定原料进行组合，配合相应的生产工艺，得到了一种海水冷却系统合金材料，其 耐腐蚀性能佳、导热性能大、易加工 ，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种海水冷却系统合金材料，由下列重量份的原料制成：铜合金5-12份、铝合金5-10份、钼铌合金5-10份、镍合金5-11份、铜粉3-12份、钛5-9份、镁6-11份、锰2-5份、锌3-6份、钽2-5份、镉2-7份、白铁5-7份、玻璃纤维7-12份、聚酯纤维5-8份、海藻糖4-9份、壳聚糖3-7份、N,N-二甲基甲酰胺3-9份、 2- 巯基苯并噻唑4-9份、 聚乙烯吡啶3-7份、盐酸羟胺2-5份、抗腐蚀剂5-10份、热稳定剂5-10份。
优选地，所述的抗腐蚀剂选自甲基苯并三氮唑、 2- 正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、5-甲基-1,2,3-苯并三唑、5-辛基-1,2,3-苯并三唑 中的一种或几种。
优选地，所述热稳定剂选自4-苯基丁酰氯、1,1-二异丙氧基三甲胺、3-氨基-2-甲基苯甲酸甲酯、丙二酸单叔丁酯中的一种或几种。
所述的海水冷却系统合金材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照重量份称取各原料；
（2）将铜合金、铝合金、钼铌合金、镍合金、铜粉、钛、镁、锰、锌、钽、镉、白铁、热稳定剂加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为920-980℃，烧结时间为2-3小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在惰性气体中冷却至220-260℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼30-60分钟，密炼温度为220-260℃，并依次加入玻璃纤维、聚酯纤维、海藻糖、壳聚糖、N,N-二甲基甲酰胺、 2- 巯基苯并噻唑 , 搅拌速度为1200-1500转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入聚乙烯吡啶、盐酸羟胺、抗腐蚀剂，搅拌均匀后加压至5-15MPa,搅拌速度为200-400转/分钟，搅拌温度为300-350℃，保温搅拌2小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却20-30分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入惰性气体保存箱，冷却至室温，得到成品。
优选地，步骤（3）和步骤（6）中的惰性气体为氦气。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
（1）本发明的海水冷却系统合金材料以铜合金、铝合金、钼铌合金、镍合金、铜粉、钛、镁、锰、锌、钽、镉、白铁为主要成分，通过加入玻璃纤维、聚酯纤维、海藻糖、壳聚糖、N,N-二甲基甲酰胺、 2- 巯基苯并噻唑、 聚乙烯吡啶、盐酸羟胺、抗腐蚀剂、热稳定剂，辅以真空烧结、高温密炼、加压搅拌、压模冷却等工艺，使得制备而成的海水冷却系统合金材料，其 耐腐蚀性能佳、导热性能大、易加工 ，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。
（2）本发明的海水冷却系统合金材料原料廉价、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
具体实施方式
下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
（1）称取铜合金5份、铝合金5份、钼铌合金5份、镍合金5份、铜粉3份、钛5份、镁61份、锰2份、锌3份、钽2份、镉2份、白铁5份、玻璃纤维7份、聚酯纤维5份、海藻糖4份、壳聚糖3份、N,N-二甲基甲酰胺3份、 2- 巯基苯并噻唑4份、 聚乙烯吡啶3份、盐酸羟胺2份、甲基苯并三氮唑5份、4-苯基丁酰氯5份；
（2）将铜合金、铝合金、钼铌合金、镍合金、铜粉、钛、镁、锰、锌、钽、镉、白铁、4-苯基丁酰氯加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为920℃，烧结时间为2小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在氦气中冷却至220℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼30分钟，密炼温度为220℃，并依次加入玻璃纤维、聚酯纤维、海藻糖、壳聚糖、N,N-二甲基甲酰胺、 2- 巯基苯并噻唑 , 搅拌速度为1200转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入聚乙烯吡啶、盐酸羟胺、甲基苯并三氮唑，搅拌均匀后加压至5MPa,搅拌速度为200转/分钟，搅拌温度为300℃，保温搅拌2小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却20分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入氦气保存箱，冷却至室温，得到成品。
制得的海水冷却系统合金材料的性能测试结果如表1所示。
实施例2
（1）称取铜合金7份、铝合金6份、钼铌合金6份、镍合金7份、铜粉5份、钛6份、镁8份、锰3份、锌4份、钽3份、镉4份、白铁6份、玻璃纤维9份、聚酯纤维6份、海藻糖5份、壳聚糖4份、N,N-二甲基甲酰胺5份、 2- 巯基苯并噻唑6份、 聚乙烯吡啶5份、盐酸羟胺3份、 2- 正辛基-4-异噻唑啉-3-酮 7 份、1,1-二异丙氧基三甲胺7份；
（2）将铜合金、铝合金、钼铌合金、镍合金、铜粉、钛、镁、锰、锌、钽、镉、白铁、1,1-二异丙氧基三甲胺加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为940℃，烧结时间为2.3小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在氦气中冷却至230℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼40分钟，密炼温度为230℃，并依次加入玻璃纤维、聚酯纤维、海藻糖、壳聚糖、N,N-二甲基甲酰胺、 2- 巯基苯并噻唑 , 搅拌速度为1300转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入聚乙烯吡啶、盐酸羟胺、 2- 正辛基-4-异噻唑啉-3-酮 ，搅拌均匀后加压至8MPa,搅拌速度为250转/分钟，搅拌温度为320℃，保温搅拌2小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却24分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入氦气保存箱，冷却至室温，得到成品。
制得的海水冷却系统合金材料的性能测试结果如表1所示。
实施例3
（1）称取铜合金10份、铝合金9份、钼铌合金8份、镍合金9份、铜粉10份、钛8份、镁9份、锰4份、锌5份、钽4份、镉6份、白铁6份、玻璃纤维11份、聚酯纤维7份、海藻糖7份、壳聚糖6份、N,N-二甲基甲酰胺8份、 2- 巯基苯并噻唑7份、 聚乙烯吡啶5份、盐酸羟胺4份、 5- 甲基-1,2,3-苯并三唑 8 份、3-氨基-2-甲基苯甲酸甲酯9份；
（2）将铜合金、铝合金、钼铌合金、镍合金、铜粉、钛、镁、锰、锌、钽、镉、白铁、3-氨基-2-甲基苯甲酸甲酯加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为960℃，烧结时间为2.8小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在氦气中冷却至245℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼50分钟，密炼温度为245℃，并依次加入玻璃纤维、聚酯纤维、海藻糖、壳聚糖、N,N-二甲基甲酰胺、 2- 巯基苯并噻唑 , 搅拌速度为1400转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入聚乙烯吡啶、盐酸羟胺、 5- 甲基-1,2,3-苯并三唑 ，搅拌均匀后加压至12MPa,搅拌速度为350转/分钟，搅拌温度为340℃，保温搅拌2小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却28分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入氦气保存箱，冷却至室温，得到成品。
制得的海水冷却系统合金材料的性能测试结果如表1所示。
实施例4
（1）称取铜合金12份、铝合金10份、钼铌合金10份、镍合金11份、铜粉12份、钛9份、镁11份、锰5份、锌6份、钽5份、镉7份、白铁7份、玻璃纤维12份、聚酯纤维8份、海藻糖9份、壳聚糖7份、N,N-二甲基甲酰胺9份、 2- 巯基苯并噻唑9份、 聚乙烯吡啶7份、盐酸羟胺5份、 5- 辛基-1,2,3-苯并三唑 10 份、丙二酸单叔丁酯10份；
（2）将铜合金、铝合金、钼铌合金、镍合金、铜粉、钛、镁、锰、锌、钽、镉、白铁、丙二酸单叔丁酯加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为980℃，烧结时间为3小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在氦气中冷却至260℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼60分钟，密炼温度为260℃，并依次加入玻璃纤维、聚酯纤维、海藻糖、壳聚糖、N,N-二甲基甲酰胺、 2- 巯基苯并噻唑 , 搅拌速度为1500转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入聚乙烯吡啶、盐酸羟胺、 5- 辛基-1,2,3-苯并三唑 ，搅拌均匀后加压至15MPa,搅拌速度为400转/分钟，搅拌温度为350℃，保温搅拌2小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却30分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入氦气保存箱，冷却至室温，得到成品。
制得的海水冷却系统合金材料的性能测试结果如表1所示。
对比例1
（1）称取铜合金5份、镍合金5份、铜粉3份、钛5份、镁61份、锌3份、钽2份、镉2份、白铁5份、玻璃纤维7份、聚酯纤维5份、海藻糖4份、壳聚糖3份、N,N-二甲基甲酰胺3份、 2- 巯基苯并噻唑4份、 聚乙烯吡啶3份、盐酸羟胺2份、甲基苯并三氮唑5份、4-苯基丁酰氯5份；
（2）将铜合金、镍合金、铜粉、钛、镁、锌、钽、镉、白铁、4-苯基丁酰氯加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为920℃，烧结时间为2小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在氦气中冷却至220℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼30分钟，密炼温度为220℃，并依次加入玻璃纤维、聚酯纤维、海藻糖、壳聚糖、N,N-二甲基甲酰胺、 2- 巯基苯并噻唑 , 搅拌速度为1200转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入聚乙烯吡啶、盐酸羟胺、甲基苯并三氮唑，搅拌均匀后加压至5MPa,搅拌速度为200转/分钟，搅拌温度为300℃，保温搅拌2小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却20分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入氦气保存箱，冷却至室温，得到成品。
制得的海水冷却系统合金材料的性能测试结果如表1所示。
对比例2
（1）称取铜合金12份、铝合金10份、钼铌合金10份、铜粉12份、钛9份、锰5份、锌6份、钽5份、镉7份、白铁7份、玻璃纤维12份、壳聚糖7份、N,N-二甲基甲酰胺9份、 2- 巯基苯并噻唑9份、 聚乙烯吡啶7份、盐酸羟胺5份、 5- 辛基-1,2,3-苯并三唑 10 份、丙二酸单叔丁酯10份；
（2）将铜合金、铝合金、钼铌合金、铜粉、钛、锰、锌、钽、镉、白铁、丙二酸单叔丁酯加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为980℃，烧结时间为3小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在氦气中冷却至260℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼60分钟，密炼温度为260℃，并依次加入玻璃纤维、壳聚糖、N,N-二甲基甲酰胺、 2- 巯基苯并噻唑 , 搅拌速度为1500转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入聚乙烯吡啶、盐酸羟胺、 5- 辛基-1,2,3-苯并三唑 ，搅拌均匀后加压至15MPa,搅拌速度为400转/分钟，搅拌温度为350℃，保温搅拌2小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却30分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入氦气保存箱，冷却至室温，得到成品。
制得的海水冷却系统合金材料的性能测试结果如表1所示。
将实施例1-4和对比例1-2的海水冷却系统合金材料分别进行导热系数、腐蚀速率和屈服强度的测试。
表1
　 导热系数（W.m -3 .K -1 ） 腐蚀速率（50 ℃ ,v 0 /(mm.a -1 )） 屈服强度（MPa）
实施例1 2931 0.1402 892
实施例2 2986 0.1392 851
实施例3 2876 0.1153 902
实施例4 2943 0.1245 894
对比例1 1493 0.3124 531
对比例2 1576 0.3845 486
本发明的海水冷却系统合金材料以铜合金、铝合金、钼铌合金、镍合金、铜粉、钛、镁、锰、锌、钽、镉、白铁为主要成分，通过加入玻璃纤维、聚酯纤维、海藻糖、壳聚糖、N,N-二甲基甲酰胺、 2- 巯基苯并噻唑、 聚乙烯吡啶、盐酸羟胺、抗腐蚀剂、热稳定剂，辅以真空烧结、高温密炼、加压搅拌、压模冷却等工艺，使得制备而成的海水冷却系统合金材料，其 耐腐蚀性能佳、导热性能大、易加工 ，能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。本发明的海水冷却系统合金材料原料廉价、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种海水冷却系统合金材料，其特征在于：由下列重量份的原料制成：铜合金5-12份、铝合金5-10份、钼铌合金5-10份、镍合金5-11份、铜粉3-12份、钛5-9份、镁6-11份、锰2-5份、锌3-6份、钽2-5份、镉2-7份、白铁5-7份、玻璃纤维7-12份、聚酯纤维5-8份、海藻糖4-9份、壳聚糖3-7份、N,N-二甲基甲酰胺3-9份、2-巯基苯并噻唑4-9份、聚乙烯吡啶3-7份、盐酸羟胺2-5份、抗腐蚀剂5-10份、热稳定剂5-10份。
2.根据权利要求1所述的海水冷却系统合金材料，其特征在于：所述的抗腐蚀剂选自甲基苯并三氮唑、2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、5-甲基-1,2,3-苯并三唑、5-辛基-1,2,3-苯并三唑中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的海水冷却系统合金材料，其特征在于：所述热稳定剂选自4-苯基丁酰氯、1,1-二异丙氧基三甲胺、3-氨基-2-甲基苯甲酸甲酯、丙二酸单叔丁酯中的一种或几种。
4.根据权利要求1-3任一所述的海水冷却系统合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照重量份称取各原料；
（2）将铜合金、铝合金、钼铌合金、镍合金、铜粉、钛、镁、锰、锌、钽、镉、白铁、热稳定剂加入坩埚电阻炉，抽真空，真空烧结，烧结温度为920-980℃，烧结时间为2-3小时，得到真空烧结混合物；
（3）再将真空烧结混合物在惰性气体中冷却至220-260℃，然后注入三辊混炼机内搅拌密炼30-60分钟，密炼温度为220-260℃，并依次加入玻璃纤维、聚酯纤维、海藻糖、壳聚糖、N,N-二甲基甲酰胺、2-巯基苯并噻唑,搅拌速度为1200-1500转/分钟；
（4）往步骤（3）得到的混合物中加入聚乙烯吡啶、盐酸羟胺、抗腐蚀剂，搅拌均匀后加压至5-15MPa,搅拌速度为200-400转/分钟，搅拌温度为300-350℃，保温搅拌2小时；
（5）将步骤（4）得到的混合物直接注入模具压制成型，将成型后的材料直接放入-30℃的低温箱中冷却20-30分钟；
（6）将低温冷却后的成型物料放入惰性气体保存箱，冷却至室温，得到成品。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于步骤（3）和步骤（6）中的惰性气体为氦气。
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