多孔TiAI金属间化合物的抗热盐酸腐蚀性能

武治锋 贺跃辉 江垚 汤烈明 黄伯云 徐南平
[1]中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙410083 [2]南京工业大学膜科学技术研究所,南京210009

文章摘要:以Ti、Al元素粉末为原料，用粉末冶金法制备朋含量为35纵质量分数）的多孔TiAI金属间化合物．通过腐蚀动力学曲线、孔结构参数与表面形貌变化来研究在90℃恒温条件下，多孔TiAl在pH为2和3的盐酸溶液中的耐腐蚀性能，并对多孔TiAI与多孔钛、多孔镍以及多孔不锈钢在pH=2时的耐腐蚀性能进行比较。结果表明，当pH值由3减小到2时，多孔TiAI的耐腐蚀性能略有下降，但仍明显优于其他3种多孔材料。分析认为，多孔TiAI的优良耐蚀性能主要归因于钛铝金属间化合物特殊的键合特征以及Ti、AI元素的强钝化能力。
文章主题:TiAI金属问化合物 多孔材料 盐酸腐蚀

文章内容：第2卷第5期2.5粉末冶金材料科学与工程2007年0月.207多孔金属间化合物的抗热盐酸腐蚀性能武治锋.,贺跃辉.,江壶.,汤烈明.,黄伯云.,徐南平(1.中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙410083:2.南京工业大学膜科学技术研究所,南京210009)摘要:以,元素粉末为原料,用粉末冶金法制备含量为35质量分数)的多孔金属间化合物.通过腐蚀动力学曲线,孔结构参数与表面形貌变化来研究在9℃恒温条件下,多孔在为2和3的盐酸溶液中的耐腐蚀性能,并对多孔与多孔钛,多孔镍以及多孔不锈钢在=2时的耐腐蚀性能进行比较.结果表明,当值由3减小到2时,多孔的耐腐蚀性能略有下降,但仍明显优于其他3种多孔材料.分析认为,多孔的优良耐蚀性能主要归因于钛铝金属间化合物特殊的键合特征以及,元素的强钝化能力.关键词:金属问化合物:多孔材料;盐酸腐蚀中图分类号:172.6文献标识码:文章编号:1673.0224(2007)5.3.6.,耻-,,.,-,-2(1.,,410083,;2.,,210009,:):(35%1)/.2390℃.,=2.,.32,..:;;儆金属间化合物因具有高的比强度,比模量以及良好的高温性能而被作为一种优异的轻质高温结构材料广为研究【】叫,但其室温塑性过低的问题一直困扰着研究工作者,严重限制了其在工程领域中的应用【5】.利用,元素之间扩散过程中显着的效应,本课题组成功研制出了金属间化合物多孔材料,并已得到初步应用[6-引.基金项目:国固液分离是多孔材料的主要应用领域之一.在工业应用中,材料经常要在酸碱溶液等恶劣的环境下服役,因此,多孔材料的抗腐蚀性能在使用过程中至为重要.在常见的多孔材料中,陶瓷耐腐蚀,但其力学性能差,且封装困难;金属的力学性能很好,但一般不耐腐蚀.作为金属间化合物,儆合金的综合力学性能较好【9】,用其作过滤材料,将极大地拓宽过滤材(973计划)资助项(2003615707);国家自然科学基金资助项(20476106);国家自然科学基金重点项目(20636020)收藕日期:2007-06-28;修订日期:2007-07.19通讯作者:贺跃辉,电话;0731-8836144;?:1...第12卷第5期武治锋,等:多孔金属间化合物的抗热盐酸腐蚀性能3料的应用领域.有关1金属间化合物的抗高温氧化性能【扪,抗熔盐腐蚀性能"有很多报道,但对其抗酸腐蚀性能却鲜有研究,至于1金属间化合物多孔材料的抗酸腐蚀性能至今尚未见报道,本文就此方面的工作开展了一些系列研究.1实验1.1多孔材料的制备采用粉末冶金工艺分别制备多孔不锈钢,多孔镍,多孔钛,多孔1圆片状样品,其中多孔不锈钢的原料为316雾化合金粉,1合金的原料为元素钛粉和铝粉,合金中铝元素的质量分数为35%.几种多孔材料的主要制备工艺列于表1.表14种多孔材料的主要制备参数14表24种多孔材料的主要孔结构参数241.3性能表征根据所得数据,绘制2组实验样品的腐蚀动力学曲线,绘制第二组样品透气度的变化率曲线;采用法测试腐蚀前后样品的开孔隙率,采用-3多孔材料性能检测仪测试腐蚀前后样品最大孔径与透气率的变化;用一6360型扫描电镜()观测腐蚀后的样品形貌变化及孔结构变化.每个实验值均为3个试样的平均值.2结果与讨论2.1腐蚀动力学曲线常见金属在稀盐酸溶液中的主要腐蚀行为可以用下面的反应来表示:浸渍盖磊墓望嘉++一肿+詈?浸渍法测量多孔样品的开孔隙率,采用气体透过法测"2量多孔样品的透气度,用..法测量多孔样品的比由于溶液中溶解氧的存在,因此除主要的析氢腐表面积.几种多孔材料样品的主要参数列于表2.蚀外,还有可能发生吸氧腐蚀.1.2腐蚀实验用分析纯的盐酸和去离子水配制=3和=2的盐酸溶液各5,将多孔1圆片样品经洗涤,干燥,称重后分别悬挂于配制好的盐酸溶液中,水浴加热到9℃恒温,进行周期为5,总时间为50的循环腐蚀实验.每次循环后更换腐蚀液,样品经去离子水和丙酮各30超声波清洗后,真空干燥,称重.整个循环结束后,再次测量样品腐蚀50后的开孔隙率与最大孔径.在=2的盐酸溶液中,以相同的方法做多孔钛铝与多孔钛,多孔镍以及多孔不锈钢的腐蚀对比实验.为了更好地考察4种多孔材料在腐蚀环境下孔结构的稳定性,在腐蚀过程中每隔10加测样品的透气度.4+4+02—4+220(2)不管是哪种情况,腐蚀产物一般都是易溶于水的金属离子,因此可以用质量损失随时间变化的腐蚀动力学曲线来评价金属材料的腐蚀情况.图1所示为多孔1样品在不同酸性条件下的腐蚀动力学曲线.当=3时,样品随腐蚀时间增加质量变化很小,表现出了很好的耐腐蚀性能;在前3次循环中腐蚀速度较快,3次循环后腐蚀速度明显减缓,表明其已经呈现钝态.当-2时,多孔1试样的耐腐蚀性能有所下降,但动力学曲线的走向规律却与=3时完全相同,也是在3次循环腐蚀后呈现出一定程度的钝态.为了进一步考察多孔1材料的耐酸腐蚀性能,32粉末冶金材料科学与工程2007年月/图多孔样品在不同值盐酸溶液中的腐蚀动力学曲线.1190℃在=2的条件下,进一步进行多孔1试样与其他3种常见多孔金属的对比实验,腐蚀动力学曲线如图2所示.由图2可以得出,在本实验条件下,与其他3种多孔金属相比,多孔1表现出了优异的耐腐蚀性能,只有多孔钛的耐蚀性能与其较为接近,多孔不锈钢在开始阶段腐蚀严重,经过几次循环后便呈现一定程度的钝态,而多孔镍的耐蚀性能最差,而且在整个循环过程中一直不能进入钝态.几种多孔材料的腐蚀动力学曲线脚2=290℃2.2孔结构的稳定性孔结构的稳定性是衡量多孔过滤材料使用性能最重要的指标之一.本文选用了开孔隙率,最大孔径与透气率3个孔结构参数来表征多孔材料孔结构的稳定性.开孔隙率是表征多孔材料孔结构最基本的参数之一,由于酸腐蚀是质量减少过程,因此腐蚀后的开孔隙率较腐蚀前一般是增大的,本实验中只有多孔不锈钢例外.其原因可能有两点,一是金属多孔材料孔道复杂,加之不锈钢腐蚀产物复杂,造成腐蚀产物难于完全清除,导致孔道堵塞;二是从质量损失曲线可以发现不锈钢样品在腐蚀过程中有较