CN112658252B - 一种应用于高温氯腐蚀环境的AlFeNiMoNbCr合金及其制备方法 - Google Patents

一种应用于高温氯腐蚀环境的AlFeNiMoNbCr合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于高温氯腐蚀环境的AlFeNiMoNbCr合金及其制备方法，以高纯（99.99%）Al、Fe、Cr、Ni、Mo、Nb金属粉末为初始原料，采用热压工艺结合真空电弧熔炼技术，制备AlFeNiMoNbCr合金。本发明AlFeNiMoNbCr合金化程度较高，磨抛后镜面效果较直接热压获得的AlFeNiMoNb热压板材有较大程度提高。XRD及SEM结果分析表明，经此种工艺后，获得均匀的、包括富Cr、富Nb两相的组织结构。在HCl含量2660 ppm、O2含量12%、CO2含量24%、氮气余量气氛中，经700℃、55小时的高温氯腐蚀实验，结果分析表明，两种材料均具有较好的耐高温氯腐蚀性能，AlFeNiMoNbCr与AlFeNiMoNb相比，在成本降低的同时，耐高温氯腐蚀性能有一定程度提高。

Description

一种应用于高温氯腐蚀环境的AlFeNiMoNbCr合金及其制备 方法
技术领域
本发涉及耐高温氯腐蚀合金设计与性能测试的领域，尤其是垃圾焚烧炉内壁的防腐涂层设计技术领域，涉及一种应用于高温氯腐蚀环境的AlFeNiMoNbCr合金及其制备方法。
背景技术
高温氯腐蚀是几乎所有金属、合金都无法回避的严重腐蚀问题，在生产生活中普遍存在的这一现象，时常伴随着高额的经济损失和巨大的安全隐患，最常见的当属垃圾焚烧过程中存在的高温氯腐蚀现象。随着人们生活水平的提高和城镇化建设步伐的加快，市政垃圾的妥善处理问题已经迫在眉睫，从源头减少垃圾的产生，对已有垃圾进行精准分类等工作已经开始让每一位公民行动起来。垃圾焚烧发电的处理方式具有环保、节能及实现资源再利用等明显优势，备受人们关注。在垃圾焚烧过程中，会产生大量的腐蚀性气体，如HCl、Cl2、SO2等，在高温下会严重腐蚀焚烧炉内壁材料，影响焚烧炉的服役年限和工况安全，目前广泛采用的处理方法为在相应的位置进行镍基堆焊涂层的使用。镍基材料通常价格较贵，为降低成本、扩大该领域可选材料的范围，本发明提出一种应用于高温氯腐蚀环境的AlFeNiMoNbCr的制备方法。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种应用于高温氯腐蚀环境的AlFeNiMoNbCr热压板才的制备方法。以高纯（99.99%）Al、Fe、Cr、Ni、Mo、Nb金属粉末为初始原料，采用热压工艺结合真空电弧熔炼技术，制备AlFeNiMoNbCr合金，并考察其在模拟垃圾焚烧炉焚烧气氛中的耐腐蚀行为，旨在获得具有较高性价比的耐高温氯腐蚀合金材料。
一种应用于高温氯腐蚀环境的AlFeNiMoNbCr合金，其特征在于：以高纯Al、Fe、Cr、Ni、Mo、Nb金属粉末为初始原料，采用热压工艺结合真空电弧熔炼技术，制备AlFeNiMoNbCr合金。
优选的，高纯Al、Fe、Cr、Ni、Mo、Nb金属粉末，纯度为99.99%。
一种应用于高温氯腐蚀环境的AlFeNiMoNbCr合金的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备AlFeNiMoNb热压板材；
S2：将AlFeNiMoNb热压板材进行超声清洗、磨抛处理后切块，称取定量的Fe、Cr颗粒，与AlFeNiMoNb热压板材一同进行真空电弧熔炼，获得AlFeNiMoNbCr合金钮扣锭；
S3：将AlFeNiMoNbCr合金钮扣锭进行超声清洗、线切割、磨抛处理后压成AlFeNiMoNbCr合金。
优选的，AlFeNiMoNb热压板材中原子比Al:Fe:Ni:Mo:Nb=1:1:1:1:1；将高纯Al、Fe、Ni、Mo、Nb原材料组分原子比换算成重量比例后，配入物料进行球磨混合5 h，取出被混合粉末依次在700 ℃ 1 h、850 ℃ 1 h、1150 ℃ 1.5 h、1350 ℃ 1.5 h环境中熔炼烧结后，球磨成300目粉末；装模依次在650 ℃ 45min、850 ℃ 45min、1050 ℃ 1 h、1250 ℃1.5 h、1300 ℃ 1 h的环境中热压成型，到达密度停电。
优选的，热压成型过程中1050 ℃1 h的环境下，压力15 T，1250 ℃ 1.5 h的环境下，压力45T。
优选的，S2中，熔炼真空度：3.0*E-3 Pa，电流180 A。
优选的，AlFeNiMoNbCr合金，实际组分原子比Al:Fe:Ni: Mo:Nb: Cr =12: 35:13: 13:12:15。
一种应用于高温氯腐蚀环境的AlFeNiMoNbCr合金的应用：
AlFeNiMoNbCr合金具有制备低成本、高耐蚀的特性，能够应用于垃圾焚烧炉内壁。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：目前垃圾焚烧炉内壁涂层的工业化生产主要是采用堆焊技术制备镍基涂层，取得一定的耐腐蚀性能，但是成本较高。本发明旨在采用热压工艺结合真空电弧熔炼技术，制备低成本、高耐蚀的AlFeNiMoNbCr合金，将其作为该环境中可选择使用的合金材料。
附图说明
图1为技术路线流程图；
图2为合金金相显微图片 A: AlFeNiMoNb B: AlFeNiMoNbCr；
图3为合金700 ℃、55 h高温氯腐蚀动力学曲线；
图4为高温氯腐蚀后合金表面X射线衍射谱 A:AlFeNiMoNb B:AlFeNiMoNbCr；
图5为AlFeNiMoNb700 ℃、55 h高温氯腐蚀后表面形貌（A1、100X；B1、200X；C1、500X；D1、1000X）；
图6为AlFeNiMoNbCr700 ℃、55 h高温氯腐蚀后表面形貌（A2、100X；B2、200X；C2、500X；D2、1000X）；
图7为AlFeNiMoNb700 ℃、55 h高温氯腐蚀后截面形貌（A3、100X；B3、200X；C3、500X；D3、1000X）；
图8为AlFeNiMoNbCr700 ℃、55 h高温氯腐蚀后截面形貌（A4、200X；B4、500X；C4、1000X；D4、1000X）。
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。
实施例1
首先，AlFeNiMoNb热压板材的制备：AlFeNiMoNb热压板材中原子比Al:Fe:Ni:Mo:Nb=1:1:1:1:1；将高纯Al、Fe、Ni、Mo、Nb原材料组分原子比换算成重量比例后，配入物料进行球磨混合5 h，取出被混合粉末依次在700 ℃ 1 h、850 ℃ 1 h、1150 ℃ 1.5 h、1350 ℃1.5 h环境中熔炼烧结后，球磨成300目粉末；装模依次在650 ℃ 45min、850 ℃ 45min、1050 ℃ 1 h、1250 ℃ 1.5 h、1300 ℃ 1 h的环境中热压成型，到达密度停电。
其次，真空电弧熔炼技术制备AlFeNiMoNbCr合金：将AlFeNiMoNb热压板材切块，称取定量的Fe、Cr颗粒，与AlFeNiMoNb热压板材一同进行真空电弧熔炼，获得AlFeNiMoNbCr合金钮扣锭。熔炼真空度：3.0*E-3 Pa，电流180 A。合金实际组分原子比Al:Fe:Ni: Mo:Nb:Cr =12: 35: 13: 13:12:15。
表一板材分表
Figure 76885DEST_PATH_IMAGE001
之后，对合金进行退火、线切割、磨抛处理，并进行金相、XRD、SEM/EDS等检测，以确定合金的组织、组成、形貌等特征。
高温氯腐蚀腐蚀实验：
对样品进行称重，游标卡尺测量精确尺寸。在HCl含量2660 ppm、O2含量12%、CO2含量24%、N2余量气氛中，进行700 ℃下的高温氯腐蚀实验。试样放入石英管，通N2、CO2，炉内以4 ℃/min速率升温至700 ℃，通HCl，保温5 h，样品随炉冷却后取出称重，重复该操作至腐蚀55 h结束，获得腐蚀动力学曲线。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种应用于高温氯腐蚀环境的AlFeNiMoNbCr合金，其特征在于：以高纯Al、Fe、Cr、Ni、Mo、Nb金属粉末为初始原料，采用热压工艺结合真空电弧熔炼技术，制备AlFeNiMoNbCr合金；
所述应用于高温氯腐蚀环境的AlFeNiMoNbCr合金的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备AlFeNiMoNb热压板材：将高纯Al、Fe、Ni、Mo、Nb原材料组分原子比换算成重量比例后，配入物料进行球磨混合5 h，取出被混合粉末依次在700 ℃ 1 h、850 ℃ 1 h、1150℃ 1.5 h、1350 ℃ 1.5 h环境中熔炼烧结后，球磨成300目粉末；装模依次在650 ℃45min、850 ℃ 45min、1050 ℃ 1 h、1250 ℃ 1.5 h、1300 ℃ 1 h的环境中热压成型，到达密度停电；热压成型过程中1050 ℃1 h的环境下，压力15 T；1250 ℃ 1.5 h的环境下，压力45T；AlFeNiMoNb热压板材中原子比Al:Fe:Ni:Mo:Nb=1:1:1:1:1；
S2：将AlFeNiMoNb热压板材进行超声清洗、磨抛处理后切块，称取定量的Fe、Cr颗粒，与AlFeNiMoNb热压板材一同进行真空电弧熔炼，获得AlFeNiMoNbCr合金钮扣锭；
S3：将AlFeNiMoNbCr合金钮扣锭进行超声清洗、线切割、磨抛处理后压成AlFeNiMoNbCr合金；AlFeNiMoNbCr合金实际组分原子比Al:Fe:Ni: Mo:Nb: Cr =12: 35: 13: 13:12:15。
2.根据权利要求1所述的一种应用于高温氯腐蚀环境的AlFeNiMoNbCr合金，其特征在于：
高纯Al、Fe、Cr、Ni、Mo、Nb金属粉末，纯度为99.99%。
3.根据权利要求1所述的一种应用于高温氯腐蚀环境的AlFeNiMoNbCr合金，其特征在于：
S2中，熔炼真空度：3.0*E-3 Pa，电流180 A。
4.根据权利要求1所述的一种应用于高温氯腐蚀环境的AlFeNiMoNbCr合金的应用，其特征在于：
AlFeNiMoNbCr合金具有制备低成本、高耐蚀的特性，能够应用于垃圾焚烧炉内壁。
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