新型雙金屬復合材料在氟化工生產(chǎn)設備中的應用

許海全，張祥生

（多氟多化工股份有限公司，河南 焦作 454000）

雙金屬復合材料是指運用復合成型方法，將兩種或兩種以上具有不同物理、化學及力學性能的材料制備而成的一種新型復合材料。其原理是在制備金屬過程中，使兩種金屬材料表面的鎳基層與碳鋁相結(jié)合，因此復合金屬材料雖為單個結(jié)構(gòu)體，但卻保持兩種金屬的原有成分，具備兩種金屬材料的耐力優(yōu)勢[1]。

1 材料與設備

1.1 金屬材料選擇

Incone1600/10＃復合鋁材料，鋁重量比為：1：1。

掛片材料規(guī)格：

樣品代號1：46mm ×3mm；

樣品代號2：25mm×2.5mm；

樣品代號3：46mm×3mm，金屬外壁碳鋁面上堆焊1.5mm的鎳基層。

20＃復合鋁材料。

掛片材料規(guī)格：樣品代號4：25mm×2.5mm。

SS304普通鋁材料。

掛片材料規(guī)格：樣品代號5：25mm×2 mm。

1.2 實驗設備規(guī)格

選擇列管長度為4000mm，換熱面積為28m3的蒸發(fā)器。選用規(guī)格為46mm ×3mm的列管進行固定的實驗反應器。

1.3 樣品處理

將三種金屬材料置于濃度為10%的鹽酸中浸泡，以充分去除金屬材料表面的銹和油脂，1h后取出并在無水乙醇中用脫脂棉擦洗，洗凈后取出并用濾紙吸干再置于干燥器內(nèi)，4h后取出并靜置[2]、稱重，精確到0.1mg。

實驗結(jié)束后將材料掛片取出，用蒸餾水反復浸泡、沖洗，必要時利用刷子進行清洗，保證掛片表面不沾其他雜質(zhì)后再用濾紙擦干，置于干燥器內(nèi)，4h后取出并靜置、稱重，精確到0.1mg。

2 實驗

2.1 掛片實驗

實驗環(huán)境設置和實驗過程中的其他參數(shù)設置如表1所示。

表1 實驗環(huán)境及參數(shù)設置

根據(jù)表1所示的實驗參數(shù)，進行實驗測試。

將樣品代號1、樣品代號2和樣品代號3置于不同的實驗環(huán)境進行對比實驗，觀察并分析樣品代號1的鎳基層和碳鋁接觸面的腐蝕情況；觀察并分析樣品代號2的鎳基層和碳鋁是否脫離；觀察并分析樣品代號3鎳基層的腐蝕情況。

將樣品代號4和樣品代號5置于不同的實驗環(huán)境進行對比實驗，觀察并分析樣品代號4的鎳基層和碳鋁是否有脫離現(xiàn)象；觀察并分析樣品代號5鎳基層的腐蝕情況。

進而計算三種金屬材料的腐蝕程度。

（2）實驗數(shù)據(jù)處理。假設一年有8760個小時，與這一年相當?shù)慕橘|(zhì)毫米數(shù)為10mm/c，則可以得出金屬材料的腐蝕率為：

式中，m 代表金屬材料實驗前的總質(zhì)量；m0代表實驗后金屬材料的總質(zhì)量；s 代表材料掛片表面積；p代表材料掛片密度；t 代表實驗總時長。

3 結(jié)果與結(jié)論

按照式（1）公式，計算三種材料在五種實驗環(huán)境內(nèi)的腐蝕率如下：

Incone1600/10#復合鋁材料的腐蝕率分別為：0.012、0.033、0.032、0.027、0.028，單位mm/a。

20#復合鋁材料的腐蝕率分別為：0.712、0.741、0.641、0.485、0.338，單位mm/a。

SS304純鋁材料的腐蝕率分別為：1.012、1.214、1.735、0.985、1.235，單位mm/a。

通過對上述三種材料的腐蝕率進行分析可知，在實驗環(huán)境相同的條件下，SS304純鋁材料的抗腐蝕性能較差，20#復合鋁材料和Incone1600/10#復合鋁材料的抗腐蝕性能較穩(wěn)定，但Incone1600/10#復合鋁材料的抗腐蝕能力更具穩(wěn)定性。耐腐蝕程度依次為：SS304 ＜ 20# ＜Incone1600/10#。

根據(jù)上述分析可以得出結(jié)論：在高溫、強腐蝕的工藝環(huán)境下，雙金屬復合材料表面不會出現(xiàn)鎳基層與碳鋁脫離現(xiàn)象，具有相對穩(wěn)定性。在氟化工生產(chǎn)設備的應用過程中，以新型雙金屬復合材料為主要冶煉原料，完全取代純合金材料，因此在生產(chǎn)前期，只需加大對雙金屬復合材料的資金投入，這在很大程度上降低了氟化工生產(chǎn)企業(yè)的成本，有效提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。總之，新型雙金屬復合材料在氟化工生產(chǎn)設備中的應用，能夠大量節(jié)省氟化工生產(chǎn)企業(yè)的設備投資與材料投資，還能為我國經(jīng)濟建設和生態(tài)環(huán)境保護作出貢獻，進而促進新型雙金屬復合材料在氟化工行業(yè)的推廣與使用，提高氟化氫企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。

4 結(jié)語

①Incone1600/10#復合鋁材料在Incone1600在高溫、強腐蝕環(huán)境中具備相對穩(wěn)定性。②雙金屬復合材料表面不會出現(xiàn)鎳基層與碳鋁脫離現(xiàn)象。③雙金屬復合材料在實際氟化工生產(chǎn)設備的應用中能夠完全取代純合金材料，具有良好的發(fā)展前景。