專利名稱：提高TiAl-Nb合金耐液鋅腐蝕性能的預(yù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬間化合物技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種提高TiAl-Nb合金耐液鋅腐蝕性能的預(yù)處理方法。該方法無(wú)需使用其它材料制備涂層，工藝簡(jiǎn)單，提升效果顯著，對(duì)于 TiAl-Nb合金在熱浸鍍鋅鋅鍋部件中的應(yīng)用有特別重要的作用。
背景技術(shù)：
工業(yè)中熔融鍍鋅生產(chǎn)線中的沉沒(méi)輥等部件沉浸于450°C ^480°C的熔融鋅液中，由于鋅液在熔融狀態(tài)下活性很強(qiáng)，其腐蝕和滲透性能大大增強(qiáng)，容易腐蝕輥面使輥面產(chǎn)生點(diǎn)蝕、蝕坑而變得粗糙，在鋅液的腐蝕和滾動(dòng)摩擦阻力的雙重作用下，沉沒(méi)輥的工作壽命一般都較短。沉沒(méi)輥的頻繁更換或維修，不僅降低了作業(yè)率，而且勞動(dòng)強(qiáng)度高，給生產(chǎn)和操作帶來(lái)諸多不便，造成大量經(jīng)濟(jì)損失。單金屬W、Mo、B、C r、ff-M ο固溶體和金屬間化合物!^eB + Fe2B等材料耐液鋅腐蝕性能較好，但較脆。陶瓷材料如Al203、Mg0、SiC等，能夠承受液態(tài)金屬Si的腐蝕。但陶瓷件硬度高、脆性大、燒結(jié)和加工十分困難。金屬表面改性處理是提高金屬材料耐液鋅腐蝕性能簡(jiǎn)單而有效的方法，它將金屬與腐蝕介質(zhì)隔離，阻止兩者的直接接觸，從而保護(hù)金屬基體免受腐蝕。目前，在連續(xù)熱浸鍍鋅生產(chǎn)線上，普遍采用表面涂覆WC-Co涂層的方法來(lái)保護(hù)鋅鍋輥。WC系金屬陶瓷涂層抗液鋅腐蝕性能與涂層粉末的成分、制備方法和噴涂過(guò)程有關(guān)。具有由金屬和金屬硼化物或金屬碳化物構(gòu)成的熱噴陶瓷涂層元件，以及具有由鈷和硼化物或碳化物構(gòu)成的熱熔敷層的元件也已見(jiàn)報(bào)道(日本專利JP2001271151 ；日本專利JP2000144358)。MoB /CoCr金屬陶瓷材料是一種比較新的熱噴涂材料，與傳統(tǒng)涂層相比具有更高的壽命，已經(jīng)在連續(xù)熱浸鍍鋅生產(chǎn)線上獲得應(yīng)用，但實(shí)際使用壽命不超過(guò)三周(Mizuno H，Kitamura J. MoB/CoCr cermet coatings by HVOF spraying against corrosion by molten Al-Zn alloy. Journal of Thermal Spray Technology, 2007， 16:404-413)。上海交通大學(xué)發(fā)明了一種大顆粒球形金屬陶瓷納米復(fù)合噴涂粉體，其中 TiB2, WB及稀土粉的粒度均為0. 5 1. O Mm,鈷及鉻粉粒度小于100 nm。利用該納米復(fù)合粉體，通過(guò)熱噴涂工藝制備的輥面涂層，具有優(yōu)異的耐磨損、耐高溫鋁液與鋅液腐蝕能力(中國(guó)發(fā)明專利CN1793048)。Y. C. Dong等采用等離子噴涂和Ni/Al粉末的方法在!^e-(0.35、. 44) wt% C鋼表面制備了 &02_Ni/A 1梯度涂層，能夠顯著延長(zhǎng)材料在液鋅中的使用壽命(Dong Y C, Yan D R, He JN, et al. Degradation behavior of ZrO2-Ni/ Al gradient coatings in molten Zn. Surface & Coatings Technology, 2006, 201 2455-2459)。綜上所述，目前對(duì)耐液鋅腐蝕材料的研究主要集中在表面改性上。但常用的耐液鋅腐蝕涂層普遍具有工藝復(fù)雜、價(jià)格昂貴、材質(zhì)脆、易脫落等缺陷，限制了它們的大范圍應(yīng)用。王文俊等的研究認(rèn)為，在相當(dāng)寬的成分范圍內(nèi)，高鈮鈦鋁合金都在鋅液中具有良好的耐腐蝕性(中國(guó)發(fā)明專利CN1804081)。當(dāng)鋁、鈮含量偏低的時(shí)候，材料力學(xué)性能更好，但耐蝕性能較差。由于TiAl-Nb合金的耐液鋅腐蝕性能與其表面狀況有很大關(guān)系，故對(duì)其進(jìn)行表面改性以進(jìn)一步提高其耐液鋅腐蝕性能的研究是有意義的，目前國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)直接相關(guān)的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡(jiǎn)單的預(yù)處理方法，進(jìn)一步提高TiAl-Nb合金的耐液鋅腐蝕性能，使其在熱浸鍍鋅生產(chǎn)線中具有更好的應(yīng)用前景。一種提高TiAl-Nb合金耐液鋅腐蝕性能的預(yù)處理方法，其特征是對(duì)TiAl-Nb合金進(jìn)行特別的石英封管，然后在900° (Tl050° C溫度下保溫12 20小時(shí)，從而提高合金的耐液鋅腐蝕性能，對(duì)石英封管的操作包括SW2或TiA高溫下穩(wěn)定的氧化物粉末包裹合金樣品和抽真空兩部分。包裹合金樣品的粉末粒度為6(Γ100目，純度99%以上，在封管之前先將粉末在 900^1100 ° C進(jìn)行814小時(shí)的灼燒除氣處理。石英管的真空度為IX 10_^Γ2Χ 10_31^。預(yù)處理完成，空冷之后砸開(kāi)石英管取出樣品，使用細(xì)毛刷清理表面附著粉末，然后置于無(wú)水乙醇中超聲波清洗5 15分鐘。預(yù)處理完成后的樣品經(jīng)超聲波清洗后，在450°C的鋅液(含0. 2%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Al)中表現(xiàn)出很強(qiáng)的耐液鋅腐蝕性能。預(yù)處理后的TiAl-Nb合金在鋅液中的腐蝕仍然分為兩個(gè)階段。第一階段為完全不發(fā)生腐蝕的孕育期，第二階段為腐蝕快速發(fā)生的腐蝕期。與表面磨光的試樣相比，預(yù)處理樣品的腐蝕孕育期可延長(zhǎng)609^200%。與線切割后不經(jīng)其他處理的試樣相比，預(yù)處理樣品的腐蝕孕育期可延長(zhǎng)209Γ50%。本發(fā)明的方法無(wú)需使用其它材料制備涂層，工藝簡(jiǎn)單，提升效果顯著，對(duì)于 TiAl-Nb合金在熱浸鍍鋅鋅鍋部件中的應(yīng)用有特別重要的作用。


圖1為預(yù)處理設(shè)備示意圖。其中，1為氧化物粉末，2為TiAl-Nb合金樣品，3為石英管， 4為剛玉坩堝，5為加熱爐爐壁。圖2為Ti-45Al_8Nb合金三個(gè)樣品的腐蝕孕育期柱狀圖。圖3為Ti-45Al_8Nb合金線切割樣品表面形貌。圖4為Ti-45Al_8Nb合金預(yù)處理后樣品表面形貌。圖5為Ti-45Al-8Nb_0. 3Y合金三個(gè)樣品的腐蝕孕育期柱狀圖。圖6為Ti-45Al-8. 5Nb_0. 2W_0. 2B_0. 2Y合金三個(gè)樣品的腐蝕孕育期柱狀圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
實(shí)驗(yàn)所用合金名義成分為Ti-45Al-8Nb (原子百分比)，鑄錠通過(guò)真空非自耗電弧爐熔煉獲得，并在1250°C下保溫1 作退火熱處理，爐冷獲得雙態(tài)組織。預(yù)處理樣品先經(jīng)線切割后用砂紙磨至1200#，再按照權(quán)利要求書(shū)中所述方法進(jìn)行預(yù)處理，溫度為950°C，保溫時(shí)間 12小時(shí)，圖1為預(yù)處理設(shè)備示意圖。對(duì)比試樣有兩個(gè)，一為線切割后經(jīng)砂紙磨至1200# (以下簡(jiǎn)稱空白樣)，另一個(gè)線切割后只經(jīng)超聲波清洗而不進(jìn)行其他任何處理(以下簡(jiǎn)稱線切割樣)。所有試樣規(guī)格均為40mm X IOmmX 2mm。將樣品放入裝有含Al (質(zhì)量分?jǐn)?shù)0. 2%)的熔
4融鋅的剛玉坩堝中，在井式加熱爐中進(jìn)行等溫靜態(tài)腐蝕實(shí)驗(yàn)，每隔3天取出樣品一次觀察表面形貌。圖2是三個(gè)樣品的腐蝕孕育期柱狀圖?？瞻讟?、線切割樣和預(yù)處理樣在鋅液中的腐蝕孕育期分別為30天、57天和87天，與兩個(gè)對(duì)比樣比較，預(yù)處理樣品的腐蝕孕育期有大幅提升。腐蝕開(kāi)始發(fā)生時(shí)，三個(gè)樣品都是首先在邊角處發(fā)生局部腐蝕，然后向中心擴(kuò)展?？瞻讟颖砻嬷挥袠O薄的一層低溫氧化膜，其腐蝕孕育期相對(duì)較短。線切割樣和預(yù)處理樣表面的氧化膜較厚，對(duì)鋅液的阻隔效果更好。圖3是線切割樣品表面形貌，圖4是預(yù)處理后樣品表面形貌。對(duì)比兩張圖片可以看出，線切割樣的氧化膜雖然極為致密，但存在很多微裂紋， 雖然由于表面張力的作用，鋅液不能從這些微裂紋中直接進(jìn)入接觸基體，但增加了出現(xiàn)局部破裂的可能性。而預(yù)氧化的氧化膜致密性雖然稍差，但連續(xù)性很好，氧化物大小均勻，不容易破裂。同時(shí)，氧化膜表面這種均勻微小的凹凸不平結(jié)構(gòu)，也使得鋅液與樣品的浸潤(rùn)性更差，從而大大延長(zhǎng)了材料的腐蝕孕育期。實(shí)施例2
實(shí)驗(yàn)所用合金名義成為Ti-45Al-8Nb-0. 3Y (原子百分比)，鑄錠通過(guò)真空非自耗電弧爐熔煉獲得，并在1250°C下保溫1 作退火熱處理，爐冷獲得雙態(tài)組織。按照權(quán)利要求書(shū)中所述方法進(jìn)行預(yù)處理，溫度為950°C，保溫時(shí)間12小時(shí)，得到預(yù)處理樣品。對(duì)比試樣有兩個(gè)，一為線切割后經(jīng)砂紙磨至1200# (以下簡(jiǎn)稱空白樣)，另一個(gè)線切割后只經(jīng)超聲波清洗而不進(jìn)行其他任何不處理(以下簡(jiǎn)稱線切割樣)。所有試樣規(guī)格均為40mm X IOmmX 2mm。將樣品放入裝有含Al (質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%)的熔融鋅的剛玉坩堝中，在井式加熱爐中進(jìn)行等溫靜態(tài)腐蝕實(shí)驗(yàn)，每隔3天取出樣品一次觀察表面形貌。圖5是三個(gè)樣品的孕育期柱狀圖?？瞻讟印⒕€切割樣和預(yù)處理樣在鋅液中的腐蝕孕育期分別為33天、69天和96天，與兩個(gè)對(duì)比樣比較，預(yù)處理樣品的腐蝕孕育期有大幅提升。與實(shí)施例1中的合金相比，Y的添加使得合金組織大幅度細(xì)化，材料力學(xué)和抗氧化性能等都有明顯差別。兩種合金的空白樣腐蝕孕育期差距很小，而預(yù)處理樣差距較大。預(yù)處理對(duì)腐蝕孕育期的提升作用更加明顯。實(shí)施例3
實(shí)驗(yàn)所用合金名義成為Ti-45Al-8. 5Nb-0. 2ff-0. 2B-0. 2Y (原子百分比)，鑄錠通過(guò)等離子熔煉獲得，不經(jīng)熱處理。按照權(quán)利要求書(shū)中所述方法進(jìn)行預(yù)處理，溫度為950°C，保溫時(shí)間 12小時(shí)，得到預(yù)處理樣品。對(duì)比試樣有兩個(gè)，一為線切割后經(jīng)砂紙磨至1200# (以下簡(jiǎn)稱空白樣)，另一個(gè)線切割后只經(jīng)超聲波清洗而不進(jìn)行其他任何不處理(以下簡(jiǎn)稱線切割樣)。所有試樣規(guī)格均為40mm X IOmmX 2mm。將樣品放入裝有含Al (質(zhì)量分?jǐn)?shù)0. 2%)的熔融鋅的剛玉坩堝中，在井式加熱爐中進(jìn)行等溫靜態(tài)腐蝕實(shí)驗(yàn)，每隔3天取出樣品一次觀察表面形貌。圖6是三個(gè)樣品的孕育期柱狀圖。空白樣、線切割樣和預(yù)處理樣在鋅液中的腐蝕孕育期分別為60天、87天和102天，與兩個(gè)對(duì)比樣比較，預(yù)處理樣品的腐蝕孕育期有大幅提升。本實(shí)例中的合金成分和組織更加復(fù)雜，等離子熔煉使得材料結(jié)構(gòu)致密，缺陷更少，因而空白樣的腐蝕孕育期比起前兩個(gè)實(shí)例中更長(zhǎng)。但是可以看到，預(yù)處理的效果仍然十分明顯。
權(quán)利要求
1.一種提高TiAl-Nb合金耐液鋅腐蝕性能的預(yù)處理方法，其特征是對(duì)TiAl-Nb合金進(jìn)行特別的石英封管，然后在900° (Tl050° C溫度下保溫12 20小時(shí)，從而提高合金的耐液鋅腐蝕性能，對(duì)石英封管的操作包括SiO2或T^2高溫下穩(wěn)定的氧化物粉末包裹合金樣品和抽真空兩部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種提高TiAl-Nb合金耐液鋅腐蝕性能的預(yù)處理方法，其特征是 包裹合金樣品的粉末粒度為6(Γ100目，純度99%以上，在封管之前先將粉末在90(Γ1100 ° C 進(jìn)行814小時(shí)的灼燒除氣處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的一種提高TiAl-Nb合金耐液鋅腐蝕性能的預(yù)處理方法，其特征是 石英管的真空度為lX10’a 2X10-31^。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的一種提高TiAl-Nb合金耐液鋅腐蝕性能的預(yù)處理方法，其特征是 預(yù)處理完成，空冷之后砸開(kāi)石英管取出樣品，使用細(xì)毛刷清理表面附著粉末，然后置于無(wú)水乙醇中超聲波清洗5 15分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種提高TiAl-Nb合金耐液鋅腐蝕性能的預(yù)處理方法，屬于金屬間化合物技術(shù)領(lǐng)域。其特征是對(duì)TiAl-Nb合金進(jìn)行特別的石英封管，然后在900°C~1050°C溫度下保溫12~20小時(shí)，從而提高合金的耐液鋅腐蝕性能，對(duì)石英封管的操作包括SiO2或TiO2高溫下穩(wěn)定的氧化物粉末包裹合金樣品和抽真空兩部分。包裹合金樣品的粉末粒度為60~100目，純度99%以上，在封管之前先將粉末在900~1100°C進(jìn)行8~24小時(shí)的灼燒除氣處理。石英管的真空度為1×10-3Pa~2×10-3Pa。本發(fā)明的方法無(wú)需使用其它材料制備涂層，工藝簡(jiǎn)單，提升效果顯著，對(duì)于TiAl-Nb合金在熱浸鍍鋅鋅鍋部件中的應(yīng)用有特別重要的作用。
文檔編號(hào)C23C24/08GK102352504SQ20111030305
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月10日
發(fā)明者何新玉, 孫鵬飛, 張來(lái)啟, 張立, 林均品, 梁永鋒, 郝國(guó)建 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)