Een overzicht van het onderzoek en de toepassing van koper-nikkellegeringen, inclusief onderzoek naar de classificatie, eigenschappen en toepassingen, en prestatie-eisen van koper-nikkellegeringen
Samenvatting: De snelle ontwikkeling van de maritieme industrie heeft steeds hogere eisen gesteld aan materialen voor maritieme toepassingen, waaronder wit koper, dat veel wordt gebruikt in schepen, sommige energiecentrales en bij de ontzilting van zeewater. Omdat het onderhevig is aan langdurige erosie en corrosie door zeewater, zal er corrosie optreden als de corrosieweerstand niet aan de gebruikseisen voldoet, wat tot enorme verliezen zal leiden. Daarom heeft wit koper steeds meer aandacht getrokken vanwege zijn goede weerstand tegen zeewatercorrosie (vooral goede erosiecorrosieprestaties) en weerstand tegen corrosievermoeidheid, uitstekende koude en warme verwerkingsprestaties, en hoge treksterkte, vloeigrens en andere eigenschappen.
Trefwoorden: wit koper; samenstelling; corrosieweerstand; sollicitatie
CTL-classificatienummer: TG146.15 Documentcode: A
Met de ontwikkeling van de maritieme industrie is de materiaalkeuze van zeewaterkoelsystemen geëvolueerd van het vroege TUP-koper, aluminium-messing en roestvrij staal naar de huidige koper-nikkellegering met betere weerstand tegen zeewatercorrosie. Wit koper gebruikt nikkel als hoofdelement en bevat een kleine hoeveelheid Fe, Mn en andere elementen om een continue, eenfasige vaste oplossing te vormen, waardoor het een goede ductiliteit, slagvastheid en thermische stabiliteit heeft. Tegelijkertijd voorkomt de oneindige vaste oplossing van koper en nikkel fasetransformatie tijdens latere warme en koude verwerking, waardoor het weinig invloed heeft op de mechanische eigenschappen en corrosieweerstand van de legering. Dit artikel introduceert verschillende witte koperlegeringen en hun toepassingen, en vat de onderzoeksvoortgang van koper-nikkellegeringen samen. Figuur 1 toont het offshore-platformsysteem en figuur 2 toont de materiële prestatie-eisen.
1. Classificatie van koper-nikkellegeringen
Tabel 1 toont de kwaliteit en elementaire samenstelling van een kopernikkellegering. Kopernikkel kan worden onderverdeeld in mangaankopronikkel, ijzerkopronikkel, gewoon kopernikkel, aluminiumkopronikkel en zinkkopronikkel. Vanwege de verschillende inhoud van het Ni-element zijn de eigenschappen ervan verschillend en zijn de toepassingsgelegenheden ook verschillend. verschillend. Vanwege zijn onvervangbare corrosieweerstand en vele eigenschappen die superieur zijn aan traditionele legeringen, heeft het een groot toepassingspotentieel.
2. Eigenschappen en toepassingen van koper-nikkellegeringen
Gewoon wit koper is over het algemeen een structurele koper-nikkellegering. Naast zijn hoge corrosieweerstand heeft het ook goede uitgebreide mechanische eigenschappen bij hoge en lage temperaturen, dat wil zeggen een goede plasticiteit en taaiheid. Het wordt over het algemeen gebruikt als staven of strips. Tegelijkertijd kan het toevoegen van enkele sporenlegeringselementen zoals Fe, Mn, Zn en Al op basis van gewoon wit koper speciale prestatie-eisen bereiken in praktische toepassingen en beter voldoen aan de industriële behoeften. Het meest gebruikte ijzer-nikkel-koper is BFe10-1-1 (C70600) en
afbeelding.png
BFe30-1-1 (C71500), wanneer de massafractie van Ni tussen 30% en 10% ligt, heeft de legering een breder passivatiebereik en de beste corrosieweerstand. De legering heeft ook een supersterke weerstand tegen zeewatererosie en corrosie en wordt "marine engineering Alloy" genoemd. De belangrijkste toepassingen van koper en koperlegeringen op het gebied van de waterbouw zijn weergegeven in Tabel 2.
BFe10-1-1- en BFe30-1-1-legeringen hebben de voordelen van een goede weerstand tegen erosie en corrosie van zeewater, een hoge warmteoverdrachtscoëfficiënt, uitstekende mechanische/laseigenschappen, remming van de adhesie van mariene microben, enz., en worden veel gebruikt in hoofd- en hulpmotoren van schepen. Koelwaterleidingen, brandbeveiligingspijpleidingen op offshore olieproductieplatforms, warmtewisselaars in energiecentrales, condensors in kerncentrales aan de kust en pekelverwarmers in meertraps flitsverdampingsapparaten voor de ontzilting van zeewater [2-4]. Tegelijkertijd heeft de BFe30-1-1-legering een hogere sterkte en wordt deze ook gebruikt in structurele onderdelen met hoge sterkte, zoals assen, bevestigingsmiddelen, klepstelen en flenzen van sommige maritieme apparaten. De BFe30-2-2-legering, die bestand is tegen zeewatererosiecorrosie en weerstand tegen zandcorrosie, is ontwikkeld om het probleem van het hoge zandgehalte in zeewater in de Oost-Chinese Zee aan te pakken [5]. BFe10-1-1
afbeelding.png
De mechanische eigenschappen van buizen van BFe{{0}}-legeringen in harde toestand moeten voldoen aan: treksterkte groter dan of gelijk aan 370 MPa, vloeigrens groter dan of gelijk aan 150 MPa, rek groter dan of gelijk aan 18%, Vickers-hardheid Groter dan of gelijk aan 85; corrosieweerstand: hoeveelheid corrosie (50 graden, 3,5% NaCl zeewater) Minder dan of gelijk aan 0,025 mm/a, putcorrosie is niet toegestaan. Mangaanwitkoper (BMn3-12-legering) heeft een gematigde weerstandscoëfficiënt, een kleine weerstandstemperatuurcoëfficiënt en is relatief stabiel. Vanwege de goede elektrische eigenschappen kan de BMn3-12-legering worden gebruikt om standaardweerstanden en resistieve componenten van andere precisie-instrumenten te maken. Met de ontwikkeling van de tijd worden de eisen aan de precisie van instrumenten steeds hoger, dus het onderzoek naar deze legering kan niet stoppen bij het veranderen van de samenstelling en inhoud van de legering [6]. Door uitgloeien, falen van horizontale extrusie en trekprocessen heeft de BMn3-12-legering speciale coherente dubbele grenzen, die de sterkte van het materiaal kunnen verbeteren zonder de geleidbaarheid van het materiaal te beïnvloeden. BMn40-1.5-legering is een elektrische koper-nikkellegering die eerder werd gebruikt dan de BMn3-12-legering. Vanwege de kleinere temperatuurweerstandscoëfficiënt heeft het een betere hittebestendigheid en kan het in een groter temperatuurbereik worden gebruikt. Vergeleken met de BMn3-12-legering heeft de BMn40-1.5-legering een hoger thermo-elektrisch potentieel ten opzichte van koper, en is daarom geschikt voor precisieweerstanden, schuifweerstanden, start- en regeltransformatoren en weerstandsrekstrookjes voor wisselstroom [8 ]. Aluminium-nikkel-koper heeft zowel een hoge sterkte als een goede plasticiteit en taaiheid. Onder hen wordt de BAl13-3-legering vaak gebruikt om corrosiebestendige onderdelen met hogere sterkte te maken, en de BAl16-1.5-legering wordt gebruikt om platte veren te maken met belangrijke toepassingen. Om de prestaties van aluminium-nikkel-koper te verbeteren, wordt lange tijd vaak een kleine hoeveelheid sporenelementen toegevoegd om een versterkte matrix van aluminium-nikkel-koper te creëren, die een goede geleidbaarheid heeft en tegelijkertijd een hoge sterkte behoudt om aan praktische toepassingsvereisten te voldoen . Omdat aluminium-nikkelkoper een hoge sterkte, hoge elektrische geleidbaarheid en goede slijtvastheid heeft, kan het worden gebruikt als potentieel materiaal voor leadframes en slijtvaste onderdelen [9-11].
Zinkkopernikkel (BZn18-18BZn15-20-legering) wordt ook wel "Duits zilver" genoemd [12]. Omdat zink-nikkelkoper de voordelen heeft van een goede treksterkte, weerstand tegen vermoeidheid en corrosie, wordt het voornamelijk gebruikt als omhulsels van componenten of kristallen, medische apparatuur, bouwmaterialen en omhulsels van blaasinstrumenten [13].
3. Prestatie-eisen voor koper-nikkellegeringen
Met de snelle ontwikkeling van de maritieme scheepsbouwindustrie, de offshore olie- en gasindustrie, de maritieme mijnbouw, de maritieme energiesector en de ontzilting van zeewater in mijn land worden de eisen aan materialen steeds hoger [16]. Onder hen worden meestal buizen van koper-nikkellegeringen gebruikt. Condensorleidingen van koperlegeringen voor schepen werken al lang in een omgeving met hoge temperaturen, hoge druk en zeer corrosief koelmedium - zeewater. Daarom is het niet langer voldoende dat de chemische samenstelling, mechanische eigenschappen en zeewatercorrosieweerstand van het product aan de eisen voldoen. Ook moeten er strenge eisen worden gesteld aan geometrische maatnauwkeurigheid, procesprestaties, interne organisatie en andere indicatoren. Tegelijkertijd moeten buizen van koper-nikkellegeringen ook een goede corrosieweerstand hebben. , hoge warmteoverdrachtscoëfficiënt, grote diameter, hoge precisie, uitstekende mechanische lastechnologie en goed vermogen om de adhesie van mariene micro-organismen [17] en andere kenmerken te remmen. Momenteel kunnen koperbuislegeringen met een grote diameter, als gevolg van problemen met de verwerkingsapparatuur in China, nog steeds niet in massa worden geproduceerd en zijn ze voornamelijk afhankelijk van buitenlandse import. Daarom moeten de productieproblemen van koperen buizen met een grote diameter nog steeds worden overwonnen.
4. Onderzoeksvoortgang van koper-nikkellegeringen
4.1 Corrosiemechanisme van koper-nikkellegering
Figuur 4 toont de verschillende processen van de corrosiereactie van kopernikkel in zuurstofrijk zeewater. De AB-lijn in de figuur is het kathodereactieproces van kopernikkel in zeewater, wat kan worden uitgedrukt als:
1/2[O2]+[H2O]+2e−=2[OH−] (1)
De CD-lijn in figuur 4 is het anodereactieproces van wit koper zonder passivatie in zeewater. Het kan worden uitgedrukt als:
Cu=Cu++e−(2)
T1, T2, T3 in Figuur 4
De curve is het anodische reactieproces van passivatie van wit koper in zeewater. De EF-lijn is een waterstofontwikkelingsreactieproces van wit koper als gevolg van zuurstofgebrek, waardoor er tijdens dit proces geen passivatie- of corrosieproducten worden gevormd.
Cu(ofCu2O)=Cu2++2e−(3)
afbeelding.png
2[Cu2+]+3[OH−]+[Cl−]=Cu2(OH)3Cl (4)
4.2 Onderzoek naar corrosieweerstand van koper-nikkellegeringen
Om aan de prestatie-eisen van materialen uit de maritieme industrie te voldoen, is er veel onderzoek gedaan om de corrosieweerstand van koper-nikkellegeringen te verbeteren. Deng Chuping[19] ontdekte dat de treksterkte en rek van wit koper waaraan zeldzame aardmetalen Ce waren toegevoegd, verbeterd waren en dat de korrelstructuur dichter was. Bovendien zou het toevoegen van zeldzame aardmetalen Ce de typische denikkelcorrosie van de legering in zwavelhoudende media kunnen verbeteren. tendens. Jiang et al. [20] bestudeerden de effecten van verschillende Fe-gehalten op de structuur en eigenschappen van B10-legeringen en ontdekten dat naarmate het Fe-gehalte toenam, de corrosieweerstand een trend vertoonde van eerst toenemend en vervolgens afnemend, maar het mechanisme voor corrosieweerstand niet verder onderzocht. . Onderzoek. Onderzoeksinstituut voor non-ferrometalen uit Peking
Zhang Jianing [21] vond de beste legeringsverhouding om de corrosieweerstand van B10 te verbeteren door de Fe/Mn-verhouding te regelen. Uit het onderzoek bleek dat wanneer Fe/Mn=3:2, de corrosieweerstand van de legering het beste is. Ma et al. [22] van de Chinese Academie van Wetenschappen ontdekte dat het gebruik van een vaste oplossing + koudwalsvervorming + herkristallisatie-gloeiproces het aantal korrelgrenzen en dubbele grenzen kan vergroten, waardoor een legering wordt verkregen met een betere corrosieweerstand.
5. Conclusie
Dit artikel neemt voornamelijk een koper-nikkellegering als uitgangspunt, legt de chemische samenstelling en toepassingsscenario's van verschillende koper-nikkellegeringen uit, introduceert de toonaangevende fabrieken voor de productie van koperen condensorbuizen in binnen- en buitenland, en de prestaties van buizen van koper-nikkellegeringen voor binnenlandse maritieme systeempijpleidingen. vraag en toekomstige trends in de ontwikkeling van koper-nikkellegeringen. De belangrijkste onderzoeksvoortgang van koper-nikkellegeringen wordt samengevat. Op dit moment is de belangrijkste vooruitgang het toevoegen van sporen van zeldzame aardelementen naar het toevoegen van verschillende inhoud.
Fe-element, verandering van de verhouding van matrixlegeringselementen en korrelgrenstechniek om de corrosieweerstand van koper-nikkellegeringen te verbeteren.
