CN110724856A - 一种耐腐蚀复合金属材料及其制备方法 - Google Patents

一种耐腐蚀复合金属材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀复合金属材料，由以下质量百分比的组分制成：Mn：1.0‑1.5％、Ti：0.5‑1.0％、Ca：0.5‑1.0％、La：0.5‑0.8％、Ni：0.3‑0.5％、Y：0.05‑0.08％、玄武岩0.5‑1.0％，余量为Al。此外，本发明还提供了一种耐腐蚀复合金属材料的制备方法。本发明采用Mn、Ti、Ca、La、Ni、Y和玄武岩来制备耐腐蚀复合金属材料，利用这些原料本身的性能以及相互协同作用来防止腐蚀，既制备出了耐腐蚀性能优异的复合金属材料，又避免了采用化学镀层工艺防腐蚀所导致的环境风险，具备广泛应用前景。

Description

一种耐腐蚀复合金属材料及其制备方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种耐腐蚀复合金属材料及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的不断进步，人们对材料的性能也提出了更多的要求，金属复合材料也随之产生。金属复合材料是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工结合成的复合材料，其中基体材料有铝基、铁基、钛基、镍基、合金基等，而铝基复合材料因为具有密度低、导电性和导热性好等特点，被广泛应用于汽车领域和航空领域。
但是铝基复合材料在使用过程中也存在缺陷，如其属于极易腐蚀的金属，在空气中容易受到腐蚀，从而影响材料的性能。而为了改善其易腐蚀的状况，现有技术中一般是将铝基复合材料进行处理后在其表面涂覆一层耐腐蚀涂料来进行防腐蚀，如现有技术中常采用含铬处理液对复合材料表面进行处理，处理完毕后再在其上涂覆含羧基的聚烯烃型树脂和胶体二氧化硅来防腐蚀。这种操作方法虽然能够很好的保护金属复合材料，但是操作步骤过于繁琐，另一方面，在操作过程中会产生含铬和有机污染物的废液，从而给环境带来风险。因此，研发出一种即能保护铝基复合材料不受腐蚀，又不会对环境带来风险的耐腐蚀复合金属材料尤为重要。
发明内容
本发明提供了一种耐腐蚀复合金属材料，解决了现有技术中铝基复合材料容易受腐蚀的问题。
本发明的第一个目的是提供一种耐腐蚀复合金属材料，由以下质量百分比的组分制成：Mn：1.0-1.5％、Ti：0.5-1.0％、Ca：0.5-1.0％、La：0.5-0.8％、Ni：0.3-0.5％、Y：0.05-0.08％、玄武岩0.5-1.0％，余量为Al。
优选的，所述耐腐蚀复合金属材料由以下质量百分比的组分制成：Mn：1.5％、Ti：0.8％、Ca：0.90％、La：0.6％、Ni：0.4％、Y：0.06％、玄武岩0.8％，余量为Al。
本发明的第二个目的是提供上述耐腐蚀复合金属材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取Mn：1.0-1.5％、Ti：0.5-1.0％、Ca：0.5-1.0％、La：0.5-0.8％、Ni：0.3-0.5％、Y：0.05-0.08％、玄武岩0.5-1.0％，余量用Al补足100％；
步骤2，将步骤1中称取的La、Y、玄武岩混合后得到混合原料A，往混合原料A中加入与混合原料A质量相等的水进行球磨，得到混合粉A；
步骤3，将混合粉A进行熔炼，得到合金；
步骤4，将步骤1中称取的Mn、Ti、Ca、Ni、Al和步骤3中得到的合金混合后得到混合原料B，往混合原料B中加入与混合原料B质量相等的水进行球磨，得到混合粉B；
步骤5，将混合粉B进行熔炼，得到复合金属材料；
步骤6，将复合金属材料热轧成坯料，坯料淬火后回火处理，即得到所述耐腐蚀复合金属材料。
优选的，步骤2中混合粉A和步骤4中混合粉B的细度均为250-300目。
优选的，所述步骤3以及所述步骤5中均用真空中频感应电炉进行熔炼。
优选的，所述真空中频感应电炉的真空度为1×10-3Pa。
优选的，步骤3中熔炼条件为：熔炼温度为1120-1250℃，熔炼时间为1-2h。
优选的，步骤5中熔炼条件为：熔炼温度为1000-1200℃，熔炼时间为1-2h。
优选的，步骤6具体操作为：将复合金属材料热轧成坯料，坯料在700-800℃下保温3h，冷却至室温后淬火处理，淬火处理坯料再回火，回火完毕即得到所述耐腐蚀复合金属材料。
优选的，回火温度为600-650℃，回火时间为6h。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明制备原料中添加了Mn、Ti、Ca、La、Ni、Y和玄武岩，且余量为Al，其中，Mn是过渡族的强化元素，能对Al进行强化，从而提高了复合金属材料的硬度和耐磨性；La与Y配合使用，能够溶于玄武岩中，提高了结合体的电极电位，使其接近于铝基体的电极电位，减少两者间的电极电位差，为防止复合金属材料电化学腐蚀提供了可靠的条件；此外，La对氯离子具有选择性耐蚀作用，Y能提高合金在还原性介质中的耐腐蚀性能，因此，二者的添加能够进一步增加复合金属材料的耐腐蚀作用；Ca在熔炼过程中能够改变金属混合物的尺寸和分布，从而使金属混合物中各原料均匀弥撒分布，得到的产物组织均匀，既提高了复合金属材料的强度，也改善了复合金属材料的耐腐蚀性能。
2)本发明在制备耐腐蚀复合金属材料时首先将La、Y、玄武岩混合后进行熔炼，使La、Y能够充分溶于玄武岩中形成结合体，避免其他原料对其影响，得到的合金再与其他金属原料进行熔炼，最终得到组织结构均匀，强度高、耐腐蚀性好的耐腐蚀复合金属材料。
3)本发明采用Mn、Ti、Ca、La、Ni、Y和玄武岩来制备耐腐蚀复合金属材料，利用这些原料本身的性能以及相互协同作用来防止腐蚀，既制备出了耐腐蚀性能优异的复合金属材料，又避免了采用化学镀层工艺防腐蚀所导致的环境风险，具备广泛应用前景。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
下面各实施例中未注明具体条件的试验方法，均按照本领域的常规方法和条件进行。
实施例1
一种耐腐蚀复合金属材料，由以下质量百分比的组分制成：Mn：1.5％、Ti：0.8％、Ca：0.90％、La：0.6％、Ni：0.4％、Y：0.06％、玄武岩0.8％，余量用Al补足100％；
具体按照以下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取Mn：1.5％、Ti：0.8％、Ca：0.90％、La：0.6％、Ni：0.4％、Y：0.06％、玄武岩0.8％，余量用Al补足100％；
步骤2，将步骤1中称取的La、Y和玄武岩混合后得到混合原料A，往混合原料A中加入与混合原料A质量相等的水进行球磨，得到细度为250目的混合粉A；
步骤3，将混合粉A置于真空中频感应电炉中，在真空度为1×10-3Pa、熔炼温度为1120℃的条件下熔炼2h，得到合金；
步骤4，将步骤1中称取的Mn、Ti、Ca、Ni、Al和步骤3中得到的合金混合后得到混合原料B，往混合原料B中加入与混合原料B质量相等的水进行球磨，得到细度为250目的混合粉B；
步骤5，将混合粉B置于真空中频感应电炉中，在真空度为1×10-3Pa、熔炼温度为1000℃的条件下熔炼2h，得到复合金属材料；
步骤6，将复合金属材料热轧成坯料，坯料在800℃下保温3h，冷却至室温后淬火处理，淬火处理坯料再回火，回火温度为600℃，回火时间为6h，回火完毕即得到耐腐蚀复合金属材料。
实施例2
一种耐腐蚀复合金属材料，由以下质量百分比的组分制成：Mn：1.0％、Ti：0.5％、Ca：1.0％、La：0.5％、Ni：0.5％、Y：0.05％、玄武岩1.0％，余量用Al补足100％；
具体按照以下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取Mn：1.0％、Ti：0.5％、Ca：1.0％、La：0.5％、Ni：0.5％、Y：0.05％、玄武岩1.0％，余量用Al补足100％；
步骤2，将步骤1中称取的La、Y和玄武岩混合后得到混合原料A，往混合原料A中加入与混合原料A质量相等的水进行球磨，得到细度为300目的混合粉A；
步骤3，将混合粉A置于真空中频感应电炉中，在真空度为1×10-3Pa、熔炼温度为1200℃的条件下熔炼1h，得到合金；
步骤4，将步骤1中称取的Mn、Ti、Ca、Ni、Al和步骤3中得到的合金混合后得到混合原料B，往混合原料B中加入与混合原料B质量相等的水进行球磨，得到细度为300目的混合粉B；
步骤5，将混合粉B置于真空中频感应电炉中，在真空度为1×10-3Pa、熔炼温度为1200℃的条件下熔炼1.5h，得到复合金属材料；
步骤6，将复合金属材料热轧成坯料，坯料在700℃下保温3h，冷却至室温后淬火处理，淬火处理坯料再回火，回火温度为650℃，回火时间为6h，回火完毕即得到耐腐蚀复合金属材料。
实施例3
一种耐腐蚀复合金属材料，由以下质量百分比的组分制成：Mn：1.2％、Ti：1.0％、Ca：0.5％、La：0.8％、Ni：0.3％、Y：0.08％、玄武岩0.5％，余量用Al补足100％；
具体按照以下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取Mn：1.2％、Ti：1.0％、Ca：0.5％、La：0.8％、Ni：0.3％、Y：0.08％、玄武岩0.5％，余量用Al补足100％；
步骤2，将步骤1中称取的La、Y和玄武岩混合后得到混合原料A，往混合原料A中加入与混合原料A质量相等的水进行球磨，得到细度为300目的混合粉A；
步骤3，将混合粉A置于真空中频感应电炉中，在真空度为1×10-3Pa、熔炼温度为1250℃的条件下熔炼1.5h，得到合金；
步骤4，将步骤1中称取的Mn、Ti、Ca、Ni、Al和步骤3中得到的合金混合后得到混合原料B，往混合原料B中加入与混合原料B质量相等的水进行球磨，得到细度为300目的混合粉B；
步骤5，将混合粉B置于真空中频感应电炉中，在真空度为1×10-3Pa、熔炼温度为1100℃的条件下熔炼1h，得到复合金属材料；
步骤6，将复合金属材料热轧成坯料，坯料在750℃下保温3h，冷却至室温后淬火处理，淬火处理坯料再回火，回火温度为650℃，回火时间为6h，回火完毕即得到耐腐蚀复合金属材料。
为了进一步说明本发明的效果，本发明还设置了对比例，具体如下。
对比例1
一种耐腐蚀复合金属材料，由以下质量百分比的组分制成：Mn：1.5％、Ti：0.8％、La：0.6％、Ni：0.4％、Y：0.06％、玄武岩0.8％，余量用Al补足100％；
制备方法同实施例1，不同之处在于没有加入Ca进行球磨和熔炼。
对比例2
一种耐腐蚀复合金属材料，由以下质量百分比的组分制成：Mn：1.5％、Ti：0.8％、Ca：0.90％、Ni：0.4％、玄武岩0.8％，余量用Al补足100％；
具体按照以下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取Mn：1.5％、Ti：0.8％、Ca：0.90％、Ni：0.4％、玄武岩0.8％，余量用Al补足100％；
步骤2，将步骤1中称取的玄武岩中加入与玄武岩质量相等的水进行球磨，得到细度为250目的混合粉A；
步骤3，将混合粉A置于真空中频感应电炉中，在真空度为1×10-3Pa、熔炼温度为1120℃的条件下熔炼2h，得到合金；
步骤4，将步骤1中称取的Mn、Ti、Ca、Ni、Al和步骤3中得到的合金混合后得到混合原料B，往混合原料B中加入与混合原料B质量相等的水进行球磨，得到细度为250目的混合粉B；
步骤5，将混合粉B置于真空中频感应电炉中，在真空度为1×10-3Pa、熔炼温度为1000℃的条件下熔炼2h，得到复合金属材料；
步骤6，将复合金属材料热轧成坯料，坯料在800℃下保温3h，冷却至室温后淬火处理，淬火处理坯料再回火，回火温度为600℃，回火时间为6h，回火完毕即得到耐腐蚀复合金属材料。
对比例3
一种耐腐蚀复合金属材料，由以下质量百分比的组分制成：Mn：1.5％、Ti：0.8％、Ca：0.90％、La：0.6％、Ni：0.4％、Y：0.06％，余量用Al补足100％；
具体按照以下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取Mn：1.5％、Ti：0.8％、Ca：0.90％、La：0.6％、Ni：0.4％、Y：0.06％，余量用Al补足100％；
步骤2，将步骤1中称取的Mn、Ti、Ca、La、Ni、Y、Al混合后得到混合原料A，往混合原料A中加入与混合原料A质量相等的水进行球磨，得到细度为250目的混合粉A；
步骤3，将混合粉A置于真空中频感应电炉中，在真空度为1×10-3Pa、熔炼温度为1120℃的条件下熔炼2h，得到复合金属材料；
步骤4，将复合金属材料热轧成坯料，坯料在800℃下保温3h，冷却至室温后淬火处理，淬火处理坯料再回火，回火温度为600℃，回火时间为6h，回火完毕即得到耐腐蚀复合金属材料。
对比例4
一种耐腐蚀复合金属材料，由以下质量百分比的组分制成：Mn：1.5％、Ti：0.8％、Ca：0.90％、Ni：0.4％，余量用Al补足100％；
具体按照以下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取Mn：1.5％、Ti：0.8％、Ca：0.90％、Ni：0.4％，余量用Al补足100％；
步骤2，将步骤1中称取的Mn、Ti、Ca、Ni、Al混合后得到混合原料A，往混合原料A中加入与混合原料A质量相等的水进行球磨，得到细度为250目的混合粉A；
步骤3，将混合粉A置于真空中频感应电炉中，在真空度为1×10-3Pa、熔炼温度为1120℃的条件下熔炼2h，得到复合金属材料；
步骤4，将复合金属材料热轧成坯料，坯料在800℃下保温3h，冷却至室温后淬火处理，淬火处理坯料再回火，回火温度为600℃，回火时间为6h，回火完毕即得到耐腐蚀复合金属材料。
对比例5
一种耐腐蚀复合金属材料，由以下质量百分比的组分制成：Mn：1.5％、Ti：0.8％、Ca：0.90％、La：0.6％、Ni：0.4％、Y：0.06％、玄武岩0.8％，余量用Al补足100％；
具体按照以下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取Mn：1.5％、Ti：0.8％、Ca：0.90％、La：0.6％、Ni：0.4％、Y：0.06％、玄武岩0.8％，余量用Al补足100％；
步骤2，将步骤1中称取的Mn、Ti、Ca、La、Ni、Y、Al混合后得到混合原料A，往混合原料A中加入与混合原料A质量相等的水进行球磨，得到细度为250目的混合粉A；
步骤3，将混合粉A置于真空中频感应电炉中，在真空度为1×10-3Pa、熔炼温度为1120℃的条件下熔炼2h，得到合金；
步骤4，将步骤1中称取的玄武岩和步骤3中得到的合金混合后得到混合原料B，往混合原料B中加入与混合原料B质量相等的水进行球磨，得到细度为250目的混合粉B；
步骤5，将混合粉B置于真空中频感应电炉中，在真空度为1×10-3Pa、熔炼温度为1000℃的条件下熔炼2h，得到复合金属材料；
步骤6，将复合金属材料热轧成坯料，坯料在800℃下保温3h，冷却至室温后淬火处理，淬火处理坯料再回火，回火温度为600℃，回火时间为6h，回火完毕即得到耐腐蚀复合金属材料。
对比例6
一种耐腐蚀复合金属材料，由以下质量百分比的组分制成：Mn：1.5％、Ti：0.8％、Ca：0.90％、La：0.6％、Ni：0.4％、Y：0.06％、玄武岩0.8％，余量用Al补足100％；
具体按照以下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取Mn：1.5％、Ti：0.8％、Ca：0.90％、La：0.6％、Ni：0.4％、Y：0.06％、玄武岩0.8％，余量用Al补足100％；
步骤2，将步骤1中称取的Mn、Ti、Ca、La、Ni、Y、Al、玄武岩混合后得到混合原料A，往混合原料A中加入与混合原料A质量相等的水进行球磨，得到细度为300目的混合粉A；
步骤3，将混合粉A置于真空中频感应电炉中，在真空度为1×10-3Pa、熔炼温度为1120℃的条件下熔炼1h，得到合金；
步骤4，将合金热轧成坯料，即得到耐腐蚀复合金属材料。
实施例1-3和对比例1-6均制备出了耐腐蚀复合金属材料，对实施例1-3和对比例1-6制备出的耐腐蚀复合金属材料进行性能测试，结果如表1所示。
其中，腐蚀深度测试时，将实施例1-3和对比例1-6制备出的复合金属材料制备成厚度为3mm的金属试片，先浸入pH为12的氢氧化钠溶液中，然后再浸入pH为2的硝酸溶液中，各浸泡30天后取出测量腐蚀深度。
表1实施例1-3性能测试结果
Figure BDA0002303034060000111
Figure BDA0002303034060000121
由表1中看出，本发明中制备出的耐腐蚀复合金属材料的洛氏硬度均能达到60HRC以上，耐腐蚀性好，抗拉强度达到1000Mpa以上，延伸率达到11％以上，上述对材料的性能检测结果均良好，可满足耐腐蚀复合金属材料的使用要求。
需要说明的是，本发明权利要求书中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例1-3相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种耐腐蚀复合金属材料，其特征在于，由以下质量百分比的组分制成：Mn：1.0-1.5％、Ti：0.5-1.0％、Ca：0.5-1.0％、La：0.5-0.8％、Ni：0.3-0.5％、Y：0.05-0.08％、玄武岩0.5-1.0％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的耐腐蚀复合金属材料，其特征在于，由以下质量百分比的组分制成：Mn：1.5％、Ti：0.8％、Ca：0.90％、La：0.6％、Ni：0.4％、Y：0.06％、玄武岩0.8％，余量为Al。
3.根据权利要求1所述的耐腐蚀复合金属材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取Mn：1.0-1.5％、Ti：0.5-1.0％、Ca：0.5-1.0％、La：0.5-0.8％、Ni：0.3-0.5％、Y：0.05-0.08％、玄武岩0.5-1.0％，余量用Al补足100％；
步骤2，将步骤1中称取的La、Y、玄武岩混合后得到混合原料A，往混合原料A中加入与混合原料A质量相等的水进行球磨，得到混合粉A；
步骤3，将混合粉A进行熔炼，得到合金；
步骤4，将步骤1中称取的Mn、Ti、Ca、Ni、Al和步骤3中得到的合金混合后得到混合原料B，往混合原料B中加入与混合原料B质量相等的水进行球磨，得到混合粉B；
步骤5，将混合粉B进行熔炼，得到复合金属材料；
步骤6，将复合金属材料热轧成坯料，坯料淬火后回火处理，即得到所述耐腐蚀复合金属材料。
4.根据权利要求3所述的耐腐蚀复合金属材料的制备方法，其特征在于，步骤2中混合粉A和步骤4中混合粉B的细度均为250-300目。
5.根据权利要求3所述的耐腐蚀复合金属材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3以及所述步骤5中均用真空中频感应电炉进行熔炼。
6.根据权利要求5所述的耐腐蚀复合金属材料的制备方法，其特征在于，所述真空中频感应电炉的真空度为1×10-3Pa。
7.根据权利要求3所述的耐腐蚀复合金属材料的制备方法，其特征在于，步骤3中熔炼条件为：熔炼温度为1120-1250℃，熔炼时间为1-2h。
8.根据权利要求3所述的耐腐蚀复合金属材料的制备方法，其特征在于，步骤5中熔炼条件为：熔炼温度为1000-1200℃，熔炼时间为1-2h。
9.根据权利要求3所述的耐腐蚀复合金属材料的制备方法，其特征在于，步骤6具体操作为：将复合金属材料热轧成坯料，坯料在700-800℃下保温3h，冷却至室温后淬火处理，淬火处理坯料再回火，回火完毕即得到所述耐腐蚀复合金属材料。
10.根据权利要求9所述的耐腐蚀复合金属材料的制备方法，其特征在于，回火温度为600-650℃，回火时间为6h。
CN201911229066.7A 2019-12-04 2019-12-04 一种耐腐蚀复合金属材料及其制备方法 Pending CN110724856A (zh)

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