Pregled istraživanja i primjene legura bakra i nikla, uključujući istraživanje o klasifikaciji, svojstvima i primjeni, te zahtjevima performansi legura bakra i nikla
Sažetak: Brzi razvoj pomorske industrije postavio je sve veće zahtjeve za materijale za primjenu u pomorskom inženjerstvu, uključujući bijeli bakar, koji se široko koristi u brodovima, nekim elektranama i desalinizaciji morske vode. Budući da je podložan dugotrajnoj eroziji i koroziji morske vode, ako otpornost na koroziju ne zadovoljava zahtjeve za korištenje, doći će do kvara u koroziji, što će rezultirati ogromnim gubicima. Stoga je bijeli bakar privukao sve veću pažnju zbog svoje dobre otpornosti na koroziju u morskoj vodi (posebno dobrih performansi korozije erozije) i otpornosti na korozijski zamor, odličnih performansi hladne i vruće obrade, te visoke vlačne čvrstoće, čvrstoće tečenja i drugih svojstava.
Ključne riječi: bijeli bakar; sastav; otpornost na koroziju; aplikacija
CTL klasifikacijski broj: TG146.15 Šifra dokumenta: A
Sa razvojem pomorske industrije, izbor materijala za sisteme za hlađenje morskom vodom je evoluirao od ranog TUP bakra, aluminijumskog mesinga i nerđajućeg čelika do sadašnje legure bakra i nikla sa boljom otpornošću na koroziju morske vode. Bijeli bakar koristi nikl kao glavni element i sadrži malu količinu Fe, Mn i drugih elemenata za formiranje kontinuirane jednofazne čvrste otopine, dajući mu dobru duktilnost, otpornost na udar i termičku stabilnost. Istovremeno, beskonačna čvrsta otopina bakra i nikla sprječava faznu transformaciju tokom kasnije tople i hladne obrade, tako da ima mali utjecaj na mehanička svojstva i otpornost legure na koroziju. Ovaj članak predstavlja različite legure bijelog bakra i njihovu primjenu, te sumira napredak istraživanja legura bakra i nikla. Slika 1 prikazuje sistem platforme na moru, a slika 2 prikazuje zahtjeve za performansama materijala.
1. Klasifikacija legura bakra i nikla
Tabela 1 prikazuje kvalitet i elementarni sastav legure bakronikla. Kupronikl se može podijeliti na mangan bakronikl, željezni kupronikl, obični bakronikl, aluminijum kupronikl i cink kupronikl. Zbog različitog sadržaja Ni elementa, njegova svojstva su različita, a različite su i prilike primjene. drugačije. Zbog svoje nezamjenjive otpornosti na koroziju i mnogih svojstava superiornih u odnosu na tradicionalne legure, ima veliki potencijal primjene.
2. Osobine i primjena legura bakra i nikla
Obični bijeli bakar je općenito strukturna legura bakra i nikla. Osim visoke otpornosti na koroziju, ima i dobra sveobuhvatna mehanička svojstva na visokim i niskim temperaturama, odnosno dobru plastičnost i žilavost. Obično se koristi kao šipke ili trake. Istovremeno, dodavanjem nekih legura u tragovima kao što su Fe, Mn, Zn i Al na bazi običnog bijelog bakra mogu se postići posebni zahtjevi performansi u praktičnim primjenama i bolje zadovoljiti industrijske potrebe. Najrasprostranjeniji bakar gvožđe-nikl je BFe10-1-1 (C70600) i
image.png
BFe30-1-1 (C71500), kada je maseni udio Ni između 30% i 10%, legura ima širi raspon pasivacije i najbolju otpornost na koroziju. Legura također ima super jaku otpornost na eroziju i koroziju morske vode, a naziva se "legura za pomorstvo". Glavne primjene bakra i bakrenih legura u području brodogradnje prikazane su u tabeli 2.
BFe10-1-1 i BFe{1}} legure imaju prednosti dobre otpornosti na eroziju i koroziju morske vode, visokog koeficijenta prijenosa topline, odličnih mehaničkih/zavarivačkih svojstava, inhibicije prianjanja morskih mikroba itd., i široko se koriste u brodskim glavnim i pomoćnim motorima. Cijevi za rashladnu vodu, protupožarni cjevovodi na platformama za proizvodnju nafte na moru, izmjenjivači topline u elektranama, kondenzatori u obalnim nuklearnim elektranama i grijači slane vode u višestepenim uređajima za isparavanje za desalinizaciju morske vode [2-4]. Istovremeno, legura BFe30-1-1 ima veću čvrstoću i također se koristi u konstrukcijskim dijelovima visoke čvrstoće kao što su osovine, pričvršćivači, osovine ventila i prirubnice nekih brodskih uređaja. Legura BFe30-2-2, koja je otporna na koroziju morske vode i otpornost na koroziju pijeska, razvijena je za rješavanje problema visokog sadržaja pijeska u morskoj vodi u Istočnom kineskom moru [5]. BFe10-1-1
image.png
Mehanička svojstva cijevi od legure BFe{{0}} u tvrdom stanju trebaju zadovoljiti: zatezna čvrstoća veća ili jednaka 370MPa, granica tečenja veća ili jednaka 150MPa, izduženje veće ili jednako 18%, Vickersova tvrdoća veća ili jednaka 85; otpornost na koroziju: količina korozije (50 stepeni, 3,5% NaCl morske vode) Manja ili jednaka 0,025 mm/a, nije dozvoljena pitting korozija. Mangan bijeli bakar (legura BMn3-12) ima umjeren koeficijent otpora, mali temperaturni koeficijent otpora i relativno je stabilan. Zbog svojih dobrih električnih svojstava, legura BMn3-12 može se koristiti za izradu standardnih otpornika i otpornih komponenti drugih preciznih instrumenata. S razvojem vremena zahtjevi za preciznošću instrumenata su sve veći, pa se istraživanja ove legure ne mogu zaustaviti na promjeni sastava i sadržaja legure [6]. Kroz žarenje, horizontalnu ekstruziju i procese izvlačenja, legura BMn3-12 ima posebne koherentne dvostruke granice, koje mogu poboljšati čvrstoću materijala bez utjecaja na provodljivost materijala. BMn40-1.5 legura je električna legura bakra i nikla koja je korištena ranije od legure BMn3-12. Zbog svog manjeg temperaturnog koeficijenta otpornosti, ima bolju otpornost na toplinu i može se koristiti u širem temperaturnom rasponu. U poređenju sa legurom BMn3-12, legura BMn40-1.5 ima veći termoelektrični potencijal u odnosu na bakar, pa je pogodna za precizne otpornike, klizne otpornike, startne i regulacione transformatore i otporne merače napona za AC [8 ]. Aluminij-nikl bakar ima i visoku čvrstoću i dobru plastičnost i žilavost. Među njima, legura BAl13-3 se često koristi za izradu dijelova veće čvrstoće otpornih na koroziju, a legura BAl16-1.5 se koristi za izradu ravnih opruga za važne namjene. Dugo vremena, kako bi se poboljšale performanse aluminijum-nikl bakra, često se dodaje mala količina elemenata u tragovima kako bi se stvorila ojačana matrica aluminijum-nikl bakra, koja ima dobru provodljivost uz održavanje visoke čvrstoće kako bi zadovoljila praktične zahtjeve primjene. . Budući da aluminij-nikl bakar ima visoku čvrstoću, visoku električnu provodljivost i dobru otpornost na habanje, može se koristiti kao potencijalni materijal za olovne okvire i dijelove otporne na habanje [9-11].
Cink bakronikl (legura BZn18-18BZn15-20) se takođe naziva „njemačko srebro“ [12]. Budući da cink-nikl bakar ima prednosti dobre vlačne čvrstoće, otpornosti na zamor i otpornosti na koroziju, uglavnom se koristi kao školjke komponenti ili kristala, medicinske opreme, građevinskih materijala i školjki puhačkih instrumenata [13].
3. Zahtjevi za performanse legure bakra i nikla
S brzim razvojem industrije pomorske brodogradnje u mojoj zemlji, industrije nafte i plina na moru, morskog rudarstva, industrije pomorske energije i desalinizacije morske vode, zahtjevi za materijalima postaju sve veći i veći [16]. Među njima se najčešće koriste cijevi od legure bakra i nikla. Kondenzatorske cijevi od legure bakra za brodove već dugo rade u uvjetima visoke temperature, visokog tlaka i vrlo korozivnog rashladnog medija - morske vode. Stoga više nije dovoljno da hemijski sastav, mehanička svojstva i otpornost proizvoda na koroziju u morskoj vodi ispunjavaju zahtjeve. Strogi zahtjevi se također moraju postaviti na tačnost geometrijskih dimenzija, performanse procesa, internu organizaciju i druge indikatore. U isto vrijeme, cijevi od legure bakra i nikla također moraju imati dobru otpornost na koroziju. , visok koeficijent prijenosa topline, veliki promjer, visoka preciznost, odlična tehnologija mehaničkog zavarivanja i dobra sposobnost inhibicije adhezije morskih mikroorganizama [17] i druge karakteristike. Trenutno, zbog problema s opremom za obradu u Kini, legure bakrenih cijevi velikog promjera još uvijek se ne mogu masovno proizvoditi i uglavnom se oslanjaju na strani uvoz. Stoga, teškoće u proizvodnji bakrenih cijevi velikog promjera još uvijek treba prevladati.
4. Napredak istraživanja legura bakra i nikla
4.1 Mehanizam korozije legure bakra i nikla
Slika 4 prikazuje različite procese reakcije korozije bakronikla u oksigeniranoj morskoj vodi. AB linija na slici je proces katodne reakcije bakronikla u morskoj vodi, koji se može izraziti kao:
1/2[O2]+[H2O]+2e−=2[OH−] (1)
CD linija na slici 4 je proces anodne reakcije bijelog bakra bez pasivizacije u morskoj vodi. Može se izraziti kao:
Cu{0}}Cu++e−(2)
T1, T2, T3 na slici 4
Krivulja predstavlja proces anodne reakcije pasivizacije bijelog bakra u morskoj vodi. EF linija je proces reakcije evolucije vodika bijelog bakra zbog nedostatka kisika, tako da se tokom ovog procesa ne stvaraju ni pasivni ni korozijski proizvodi.
Cu(orCu2O)=Cu2++2e−(3)
image.png
2[Cu2+]+3[OH−]+[Cl−]=Cu2(OH)3Cl (4)
4.2 Istraživanje otpornosti na koroziju legure bakra i nikla
Kako bi se ispunili zahtjevi za performanse materijala za pomorsku industriju, urađeno je mnogo istraživanja kako bi se poboljšala otpornost na koroziju legura bakra i nikla. Deng Chuping[19] je otkrio da su vlačna čvrstoća i izduženje bijelog bakra dodanog rijetkim zemnim Ce poboljšani, a struktura zrna je gušća. Osim toga, dodavanje rijetkih zemnih Ce bi moglo poboljšati tipičnu denikl koroziju legure u medijima koji sadrže sumpor. sklonost. Jiang et al. [20] proučavali su efekte različitih sadržaja Fe na strukturu i svojstva legure B10 i otkrili da kako se sadržaj Fe povećava, otpornost na koroziju pokazuje trend prvo povećanja, a zatim opadanja, ali nisu dalje istraživali mehanizam otpornosti na koroziju. . Istraživanja. Pekinški istraživački institut za obojene metale
Zhang Jianing [21] je pronašao najbolji omjer legure za poboljšanje otpornosti B10 na koroziju kontroliranjem omjera Fe/Mn. Studija je pokazala da kada je Fe/Mn=3:2, otpornost legure na koroziju je najbolja. Ma et al. [22] Kineske akademije nauka otkrili su da upotreba čvrstog rastvora + deformacija hladnog valjanja + proces rekristalizacije žarenja može povećati broj granica zrna i blizanačkih granica, čime se dobija legura sa boljom otpornošću na koroziju.
5 Zaključak
Ovaj članak uglavnom uzima leguru bakra i nikla kao polaznu tačku, objašnjava hemijski sastav i scenarije primene različitih legura bakra i nikla, predstavlja vodeće fabrike za proizvodnju bakarnih kondenzatorskih cevi u zemlji i inostranstvu, kao i performanse cevi od legure bakra i nikla za cjevovodi domaćeg pomorskog sistema. potražnja i budući trendovi u razvoju legura bakra i nikla. Sumiran je glavni napredak istraživanja legura bakra i nikla. Trenutno, glavni napredak je od dodavanja tragova retkozemnih elemenata do dodavanja različitih sadržaja.
Fe element, mijenja odnos elemenata matrične legure i inženjering granica zrna radi poboljšanja otpornosti na koroziju legura bakra i nikla.
