Prehľad výskumu a aplikácie zliatin medi a niklu vrátane výskumu klasifikácie, vlastností a aplikácií a požiadaviek na výkon zliatin medi a niklu
Abstrakt: Rýchly rozvoj námorného priemyslu kládol čoraz väčšie nároky na námorné inžinierske aplikačné materiály, vrátane bielej medi, ktorá sa široko používa v lodiach, niektorých elektrárňach a pri odsoľovaní morskej vody. Pretože je vystavený dlhodobej erózii a korózii morskou vodou, ak odolnosť proti korózii nespĺňa požiadavky používania, dôjde k zlyhaniu korózie, čo vedie k obrovským stratám. Biela meď preto priťahuje čoraz väčšiu pozornosť vďaka svojej dobrej odolnosti proti korózii v morskej vode (obzvlášť dobrému výkonu pri eróznej korózii) a odolnosti proti koróznej únave, vynikajúcemu spracovaniu za studena a za tepla a vysokej pevnosti v ťahu, medze klzu a iným vlastnostiam.
Kľúčové slová: biela meď; zloženie; odolnosť proti korózii; aplikácie
CTL klasifikačné číslo: TG146.15 Kód dokumentu: A
S rozvojom námorného priemyslu sa výber materiálov chladiacich systémov s morskou vodou vyvinul od skorej TUP medi, hliníkovej mosadze a nehrdzavejúcej ocele až po súčasnú zliatinu medi a niklu s lepšou odolnosťou voči korózii morskou vodou. Biela meď používa nikel ako hlavný prvok a obsahuje malé množstvo Fe, Mn a ďalších prvkov na vytvorenie súvislého jednofázového tuhého roztoku, ktorý mu dodáva dobrú ťažnosť, odolnosť proti nárazu a tepelnú stabilitu. Nekonečný tuhý roztok medi a niklu zároveň zabraňuje fázovej transformácii pri neskoršom spracovaní za tepla a za studena, takže má malý vplyv na mechanické vlastnosti a koróznu odolnosť zliatiny. Tento článok predstavuje rôzne zliatiny bielej medi a ich aplikácie a sumarizuje pokrok vo výskume zliatin medi a niklu. Obrázok 1 zobrazuje systém plošín na mori a obrázok 2 zobrazuje požiadavky na materiálové vlastnosti.
1. Klasifikácia zliatin medi a niklu
Tabuľka 1 ukazuje akosť a elementárne zloženie kupronikelovej zliatiny. Kupronikel možno rozdeliť na mangánový kupronikel, železný kupronikel, obyčajný kupronikel, hliníkový kupronikel a zinkový kupronikel. V dôsledku odlišného obsahu prvku Ni sú jeho vlastnosti odlišné a tiež sú rôzne príležitosti na použitie. rôzne. Vďaka svojej nenahraditeľnej odolnosti proti korózii a mnohým vlastnostiam lepším ako tradičné zliatiny má veľký aplikačný potenciál.
2. Vlastnosti a aplikácie zliatin medi a niklu
Obyčajná biela meď je vo všeobecnosti konštrukčná zliatina medi a niklu. Okrem vysokej odolnosti proti korózii má aj dobré komplexné mechanické vlastnosti pri vysokých a nízkych teplotách, teda dobrú plasticitu a húževnatosť. Vo všeobecnosti sa používa ako tyče alebo pásy. Súčasne pridanie niektorých prvkov stopovej zliatiny, ako sú Fe, Mn, Zn a Al na báze obyčajnej bielej medi, môže dosiahnuť špeciálne požiadavky na výkon v praktických aplikáciách a lepšie spĺňať priemyselné potreby. Najpoužívanejšou železo-niklovou meďou je BFe10-1-1 (C70600) a
image.png
BFe{0}} (C71500), keď je hmotnostný podiel Ni medzi 30 % a 10 %, zliatina má širší rozsah pasivácie a najlepšiu odolnosť proti korózii. Zliatina má tiež super silnú odolnosť voči erózii a korózii morskou vodou a nazýva sa „zliatina námorného inžinierstva“. Hlavné aplikácie medi a zliatin medi v oblasti námorného inžinierstva sú uvedené v tabuľke 2.
Zliatiny BFe{0}} a BFe{1}} majú výhody dobrej odolnosti proti erózii a korózii morskou vodou, vysoký koeficient prenosu tepla, vynikajúce mechanické/zváracie vlastnosti, inhibíciu morskej mikrobiálnej adhézie atď. a sú široko používané v hlavných a pomocných motoroch lode. Potrubie chladiacej vody, protipožiarne potrubia na plošinách na ťažbu ropy na mori, výmenníky tepla v elektrárňach, kondenzátory v pobrežných jadrových elektrárňach a ohrievače soľanky vo viacstupňových zariadeniach na rýchle odparovanie na odsoľovanie morskej vody [2-4]. Zliatina BFe30-1-1 má zároveň vyššiu pevnosť a používa sa aj vo vysoko pevných konštrukčných častiach, ako sú hriadele, spojovacie prvky, drieky ventilov a príruby niektorých námorných zariadení. Zliatina BFe30-2-2, ktorá je odolná voči korózii morskou vodou a korózii piesku, bola vyvinutá na riešenie problému vysokého obsahu piesku v morskej vode vo Východočínskom mori [5]. BFe10-1-1
image.png
Mechanické vlastnosti rúr zo zliatiny BFe{{0}} v tvrdom stave by mali spĺňať: pevnosť v ťahu väčšiu alebo rovnú 370MPa, medzu klzu väčšiu alebo rovnú 150MPa, predĺženie väčšie alebo rovné 18 %, Tvrdosť podľa Vickersa Väčšia alebo rovná 85; odolnosť proti korózii: množstvo korózie (50 stupňov, 3,5 % morskej vody NaCl) Menšie alebo rovné 0,025 mm/rok, nie je povolená bodová korózia. Mangánová biela meď (zliatina BMn{10}}) má stredný koeficient odporu, nízky koeficient teploty odporu a je relatívne stabilná. Vďaka svojim dobrým elektrickým vlastnostiam možno zliatinu BMn{11}} použiť na výrobu štandardných odporov a odporových komponentov iných presných prístrojov. S rozvojom doby sú požiadavky na presnosť prístrojov stále vyššie a vyššie, takže výskum tejto zliatiny sa nemôže zastaviť pri zmene zloženia a obsahu zliatiny [6]. Prostredníctvom žíhania, zlyhania horizontálneho vytláčania a procesu ťahania má zliatina BMn{13}} špeciálne koherentné dvojité hranice, ktoré môžu zlepšiť pevnosť materiálu bez ovplyvnenia vodivosti materiálu. Zliatina BMn40-1.5 je elektrická zliatina medi a niklu, ktorá sa používala skôr ako zliatina BMn{17}}. Vďaka svojmu menšiemu teplotnému koeficientu odporu má lepšiu tepelnú odolnosť a môže byť použitý v širšom teplotnom rozsahu. V porovnaní so zliatinou BMn3-12 má zliatina BMn40-1.5 vyšší termoelektrický potenciál oproti medi, takže je vhodná pre presné rezistory, posuvné odpory, spúšťacie a regulačné transformátory a odporové tenzometre pre striedavý prúd [8 ]. Hliník-niklová meď má vysokú pevnosť a dobrú plasticitu a húževnatosť. Spomedzi nich sa zliatina BAl13-3 často používa na výrobu častí odolných voči korózii s vyššou pevnosťou a zliatina BAl{26}}.5 sa používa na výrobu plochých pružín s dôležitým využitím. Po dlhú dobu, aby sa zlepšil výkon hliníkovo-niklovej medi, sa často pridáva malé množstvo stopových prvkov, aby sa vytvorila spevnená matrica hliníkovo-niklovej medi, ktorá má dobrú vodivosť pri zachovaní vysokej pevnosti, aby splnila požiadavky praktickej aplikácie. . Pretože hliník-nikel má vysokú pevnosť, vysokú elektrickú vodivosť a dobrú odolnosť proti opotrebeniu, možno ju použiť ako potenciálny materiál pre olovené rámy a diely odolné voči opotrebeniu [9-11].
Kupronikel zinku (zliatina BZn18-18BZn15-20) sa tiež nazýva „nemecké striebro“ [12]. Pretože zinkovo-niklová meď má výhody dobrej pevnosti v ťahu, odolnosti proti únave a odolnosti proti korózii, používa sa hlavne ako obaly komponentov alebo kryštálov, lekárske vybavenie, konštrukčné materiály a obaly pre dychové nástroje [13].
3. Požiadavky na výkon zliatiny medi a niklu
S rýchlym rozvojom námorného lodiarskeho priemyslu, ropného a plynárenského priemyslu na mori, námornej ťažby, námornej energetiky a odsoľovania morskej vody sú požiadavky na materiály čoraz vyššie [16]. Medzi nimi sa väčšinou používajú rúry zo zliatiny medi a niklu. Kondenzátorové rúrky zo zliatiny medi pre lode už dlho pracujú vo vysokoteplotnom, vysokotlakovom a vysoko korozívnom chladiacom médiu - prostredí morskej vody. Preto už nestačí, aby chemické zloženie, mechanické vlastnosti a odolnosť výrobku proti korózii v morskej vode spĺňali požiadavky. Prísne požiadavky treba klásť aj na geometrickú rozmerovú presnosť, výkonnosť procesov, vnútornú organizáciu a ďalšie ukazovatele. Súčasne sa vyžaduje, aby rúry zo zliatiny medi a niklu mali dobrú odolnosť proti korózii. , vysoký koeficient prestupu tepla, veľký priemer, vysoká presnosť, vynikajúca technológia mechanického zvárania a dobrá schopnosť inhibovať priľnavosť morských mikroorganizmov [17] a ďalšie vlastnosti. V súčasnosti kvôli problémom so spracovateľským zariadením v Číne stále nie je možné sériovo vyrábať zliatiny medených rúr s veľkým priemerom a spoliehajú sa hlavne na dovoz zo zahraničia. Preto je stále potrebné prekonať výrobné ťažkosti medených rúr s veľkým priemerom.
4. Pokrok vo výskume zliatin medi a niklu
4.1 Mechanizmus korózie zliatiny medi a niklu
Obrázok 4 ukazuje rôzne procesy koróznej reakcie kupronniklu v okysličenej morskej vode. Čiara AB na obrázku je katódový reakčný proces kupronickelu v morskej vode, ktorý možno vyjadriť ako:
1/2[O2]+[H2O]+2e−=2[OH−] (1)
Čiara CD na obrázku 4 je proces anódovej reakcie bielej medi bez pasivácie v morskej vode. Dá sa vyjadriť ako:
Cu=Cu++e−(2)
T1, T2, T3 na obrázku 4
Krivka je anodický reakčný proces pasivácie bielej medi v morskej vode. Linka EF je proces reakcie na vývoj vodíka bielej medi v dôsledku nedostatku kyslíka, takže počas tohto procesu nevzniká ani pasivácia, ani produkty korózie.
Cu(aleboCu2O)=Cu2++2e−(3)
image.png
2[Cu2+]+3[OH−]+[Cl−]=Cu2(OH)3Cl (4)
4.2 Výskum odolnosti zliatiny medi a niklu proti korózii
Aby sa splnili výkonnostné požiadavky materiálov pre námorný priemysel, vykonalo sa veľa výskumov na zlepšenie odolnosti zliatin medi a niklu proti korózii. Deng Chuping[19] zistil, že pevnosť v ťahu a predĺženie bielej medi s prídavkom vzácnych zemín Ce sa zlepšili a štruktúra zŕn bola hustejšia. Navyše pridanie Ce vzácnych zemín by mohlo zlepšiť typickú denickelovú koróziu zliatiny v médiách obsahujúcich síru. tendencia. Jiang a kol. [20] študovali účinky rôznych obsahov Fe na štruktúru a vlastnosti zliatiny B10 a zistili, že keď sa obsah Fe zvyšoval, odolnosť proti korózii vykazovala trend najprv zvyšovania a potom klesania, ale mechanizmus odolnosti proti korózii ďalej neskúmal. . Výskum. Pekinský inštitút pre výskum neželezných kovov
Zhang Jianing [21] našiel najlepší pomer zliatin na zlepšenie odolnosti B10 voči korózii riadením pomeru Fe/Mn. Štúdia zistila, že keď Fe/Mn=3:2, odolnosť zliatiny voči korózii je najlepšia. Ma a spol. [22] Čínskej akadémie vied zistili, že použitie tuhého roztoku + deformácia valcovaním za studena + proces rekryštalizačného žíhania môže zvýšiť počet hraníc zŕn a hraníc dvojčiat, čím sa získa zliatina s lepšou odolnosťou proti korózii.
5. Záver
Tento článok berie ako východiskový bod hlavne zliatinu medi a niklu, vysvetľuje chemické zloženie a aplikačné scenáre rôznych zliatin medi a niklu, predstavuje popredné továrne na výrobu medených kondenzátorových rúr doma aj v zahraničí a výkonnosť rúr zo zliatin medi a niklu pre potrubia domáceho námorného systému. dopyt a budúce trendy vo vývoji zliatin medi a niklu. Je zhrnutý hlavný pokrok výskumu zliatin medi a niklu. V súčasnosti je hlavný pokrok od pridávania stopových množstiev prvkov vzácnych zemín k pridávaniu rôznych obsahov.
Fe prvok, ktorý mení pomer prvkov matricovej zliatiny a inžinierstva hraníc zŕn na zlepšenie odolnosti zliatin medi a niklu proti korózii.
