凝汽器用新型銅合金管的制備研究.pdf

1、本文針對(duì)凝汽器用銅合金管對(duì)力學(xué)及理化性能的要求以及企業(yè)降低生產(chǎn)工藝成本的需要，制備和研究了幾種不同成分的凝汽器用銅合金管，采用X射線(xiàn)衍射分析(XRD)、金相(OM)、掃描電子顯微分析(SEM)、X射線(xiàn)能譜分析(EDAX)等材料物理研究方法，交流阻抗技術(shù)(EIS)等電化學(xué)研究方法以及材料拉伸試驗(yàn)等方法，全面系統(tǒng)地研究了制備技術(shù)、合金成份及其耐蝕性等方面的相關(guān)基礎(chǔ)問(wèn)題，主要?jiǎng)?chuàng)新性結(jié)論如下：
　　 (1)系統(tǒng)地研究了BFe10-1-1

2、和HA177-2加工過(guò)程中的組織結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，通過(guò)小變形多道次優(yōu)化設(shè)計(jì)了道次拉伸變形量，提出了HA177-2合金在冷軋退火后經(jīng)4道次(Φ42×2.4→Φ25×1.0)直接拉制得到成品，拉伸總延伸系數(shù)可達(dá)4.0，經(jīng)退火后組織與性能達(dá)到國(guó)標(biāo)要求；提出了BFe10-1-1合金在冷軋后不需退火可直接拉伸；經(jīng)4道次拉伸(Φ42×2.4→Φ25×1.0)后的組織仍為正常的拉伸纖維組織，該拉制成品經(jīng)退火后組織與性能達(dá)到國(guó)標(biāo)要求，形成了冷凝管短流程制備

3、技術(shù)，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)聯(lián)拉或盤(pán)拉工藝流程提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。
　　 (2)針對(duì)傳統(tǒng)冷凝管BFe10-1-1合金斷面收縮率大、耐沖刷腐蝕性能好以及HA177-2合金延伸率高耐蝕性好的特性，結(jié)合第一性原理計(jì)算方法，提出了以Zn部分替代Ni和Cu，并添加Al的新型Cu-10Ni-18Zn-Al合金。采用第一性原理計(jì)算了銅合金中主要合金元素的溶質(zhì)-空位結(jié)合能及其電荷密度差分圖，計(jì)算結(jié)果表明，Al與As的溶質(zhì)-空位結(jié)合能數(shù)值相近，并且可

4、以與Zn、Ni共同協(xié)作對(duì)空位形成作用，同時(shí)利用Al在Cu中難以擴(kuò)散的特性，可以抑制銅合金中的脫合金腐蝕，在提高強(qiáng)度的同時(shí)，達(dá)到耐蝕的效果，形成高強(qiáng)高耐蝕新型銅合金。
　　 (3)采用熔鑄、擠壓和拉伸等工序，成功制備了一種凝汽器用的Cu-Zn-Ni-Al新型銅合金管材。合金的鑄態(tài)組織為典型的枝晶組織，均勻化處理制度為900℃×8h，適宜于熱加工和冷加工。合金軟態(tài)的力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度σb=484.57 MPa，屈服強(qiáng)度σ0.2=47

5、1.77MPa，延伸率δ=32.18％。相比于傳統(tǒng)的BFe10-1-1合金(國(guó)標(biāo)：σb=355MPa，延伸率δ=29％)和HA177-2合金(國(guó)標(biāo)：σb=345MPa，延伸率δ=45％)在保持較高延伸率的基礎(chǔ)上，抗拉強(qiáng)度明顯提高，其綜合性能好。
　　 (4)針對(duì)工程應(yīng)用中合金實(shí)際腐蝕體系的復(fù)雜性以及合金腐蝕表面的組織結(jié)構(gòu)對(duì)于評(píng)判合金耐蝕性以及研究腐蝕規(guī)律的重要性，提出并建立了本論文研究的主要合金在NaCl，Na2S等常規(guī)腐蝕介質(zhì)

6、中浸蝕后表面的組織結(jié)構(gòu)特征數(shù)據(jù)庫(kù)。在含Cl-介質(zhì)中，以Cu2O和堿式氯化物為主，因合金化元素的不同，堿式氯化物的組成也不相同，可以是(Cu，Zn)2Cl(OH)3，(Cu，Ni)2Cl(OH)3、(Cu，Zn，Ni)2Cl(OH)3，從顆粒尺寸大小來(lái)看，含Ni的堿式氯化物比含Zn的大；而添加了Al的Cu-Zn-Ni-Al銅合金在3.5wt.％的NaCl溶液中浸泡不同時(shí)間后并未形成堿式氯化物層，表面形成了由Cu、Zn、Ni、Al等合金元素

7、構(gòu)成的氧化物膜層，該膜層均勻致密，因而合金的耐蝕性好。在含S2-介質(zhì)中，Cu和Ni容易形成硫化物，分別為亞微米級(jí)類(lèi)球形顆粒Cu2S和微米級(jí)的棱角分明的多面體顆粒Ni3S2；但并未檢測(cè)到Zn或Al的硫化物，同時(shí)合金表面也較光亮，表明含S2-介質(zhì)中含Zn和Al的銅合金具有較好的耐蝕性。
　　 (5)銅中的合金化元素偏析或其它雜質(zhì)在其均勻化過(guò)程中如未得到完全均勻化，可能在其后的熱加工和熱處理過(guò)程中形成異質(zhì)相金屬間化合物顆粒、這些異質(zhì)相

8、顆粒與基體構(gòu)成原電池，形成陽(yáng)極進(jìn)而發(fā)展為點(diǎn)蝕孔。局部的強(qiáng)而大的冷加工區(qū)域形成變形帶，變形帶內(nèi)晶粒尺寸細(xì)小，即存在大量的晶界，溶解加速形成腐蝕微孔，這些微孔相聯(lián)形成沿變形帶的裂紋，加速了腐蝕穿孔。
　　 (6)采用交流阻抗技術(shù)，利用不同的等效電路模型模擬了交流阻抗圖譜，在Nyquist圖、相角Bode圖、阻抗Bode圖都能很好擬合的基礎(chǔ)上，結(jié)合腐蝕產(chǎn)物的組織結(jié)構(gòu)特征，建立了本合金體系的等效電路模型以及與之對(duì)應(yīng)的腐蝕模型，并利用此模