本發(fā)明涉及建筑材料生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種耐腐蝕復(fù)合金屬材料及其制作方法。
【技術(shù)背景】
金屬基復(fù)合材料發(fā)展的最初是為了滿足航空領(lǐng)域?qū)μ厥獠牧系男枨?，至今已有五十年的歷史，金屬基復(fù)合材料發(fā)展至今，研究者在選擇增強(qiáng)相和制備工藝上進(jìn)行了大量的探索和實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)通常情況下用到的增強(qiáng)相有以下幾種類型：單絲、長纖維晶須、短纖維和顆粒，制作工藝的主要方法包括：擴(kuò)散結(jié)合、粉末冶金、霧化和液態(tài)金屬，研制綜合性能良好要求的材料，這種材料的綜合性能集高強(qiáng)度、高韌性、高耐磨性、低密度和良好的抗疲勞性等于一體。金屬基復(fù)合材料按照基體不同分為鋁基、鋅基、鈦基和銅基等復(fù)合材料，目前可達(dá)到批量應(yīng)用的產(chǎn)品多為鋁基復(fù)合材料，這種復(fù)合材料具有高的比強(qiáng)度和比剛度，有密度小、可塑性好的特點(diǎn)，是金屬復(fù)合材料中最重要且常用的材料之一。
隨著環(huán)境日益變差，空氣、雨水中的污染物質(zhì)越來越多，對(duì)材料的腐蝕也變得越來越強(qiáng)，普通的金屬基復(fù)合材料已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)和人民的要求，因此，現(xiàn)急需一種耐腐蝕性較好的優(yōu)質(zhì)復(fù)合金屬材料，以滿足消費(fèi)人群的需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
鑒于以上提出的問題，本發(fā)明提供了一種耐腐蝕復(fù)合金屬材料及其制作方法，這種耐腐蝕復(fù)合金屬材料具備良好耐腐蝕性和耐磨性，集高強(qiáng)度、高韌性、抗疲勞性等于一體，制作方法安全。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
一種耐腐蝕復(fù)合金屬材料，所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料包含的原料及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為鎂2-3％、鈦0.08-0.10％、碳化硅0.2-0.4％、鉬0.5-0.6％、鈰0.5-0.7％、錳0.05-0.07％、其余為鋁；其中，在制作耐腐蝕復(fù)合金屬材料的過程中使用了組合物b，所述組合物b是由表面氧化劑、成膜促進(jìn)劑、表面活性劑以及緩沖溶液混合制成；其中，
所述表面氧化劑為高氯酸鹽、硫酸鎳、高錳酸按照1:1:1-2的質(zhì)量比混合制成；所述成膜促進(jìn)劑為亞硝酸鈉、銅鹽按照1:0.2-0.3的質(zhì)量比混合制成；所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、三乙醇胺、鄰苯二甲酸銨按照1:0.1-0.2:0.2-0.4的質(zhì)量比混合制成；所述緩沖溶液為醋酸-醋酸鈉緩沖體系。
進(jìn)一步地，所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料中包含鎂的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2.4-2.6％。
進(jìn)一步地，所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料中包含鎂的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2.5％。
進(jìn)一步地，所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料中包含鈰的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.65％。
本發(fā)明還提供所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料的制作方法，包括以下步驟：
(1)將所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料的各組原料分別熔融，然后將各組份升溫至2610℃后混合均勻，將所得混合物澆筑成型，自然冷卻后得到生坯；
(2)將所得生坯送入真空燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)室真空為5.0×10-2-1.0×10-3Pa，燒結(jié)溫度以5-7℃/min的速率進(jìn)行升溫，達(dá)到550-650℃時(shí)保溫4-5h，然后隨爐冷卻至室溫，得到物質(zhì)a；
(3)將所述物質(zhì)a打磨至表面粗糙度在10μm以下，除去表面油脂，用水清洗干凈；
(4)制作組合物b：將所述表面氧化劑、成膜促進(jìn)劑、表面活性劑以及緩沖溶液按照0.5-0.6:0.2-0.3:1:5-6混合均勻，制成所述組合物b；
(5)將所述物質(zhì)a放置于所述組合物b中浸泡處理10-15min，取出后用水清洗干凈，于室溫下風(fēng)干，即得所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料。
進(jìn)一步地，在步驟(4)中，所述表面氧化劑為高氯酸鹽、硫酸鎳、高錳酸按照1:1:1.2的質(zhì)量比混合制成；所述成膜促進(jìn)劑為亞硝酸鈉、銅鹽按照1:0.24的質(zhì)量比混合制成；所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、三乙醇胺、鄰苯二甲酸銨按照1:0.3:0.26的質(zhì)量比混合制成。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
本發(fā)明耐腐蝕復(fù)合金屬材料所用原料為鎂、鈦、碳化硅、鉬、鈰、錳和鋁，其中，加入碳化硅可使復(fù)合材料有更好的熱穩(wěn)定性，可在溫度變化劇烈的環(huán)境中使用，具有較高的強(qiáng)度、硬度和優(yōu)良的耐磨性和耐腐蝕性；本發(fā)明所采用的合金材料耐蝕性優(yōu)異，于制作過程中加入一定量的鎂和錳，部分元素溶解到固溶體中而有效強(qiáng)化基體，或與鋁形成化合物相提高合金的機(jī)械強(qiáng)度和表面耐磨性能；加入鈦等元素，可在基體上形成彌散狀TiAl等化合物，形成強(qiáng)化效果。
本發(fā)明所用的表面氧化劑主要是通過在微區(qū)內(nèi)消耗氫離子，抑制鋁基體的自催化反應(yīng)，降低腐蝕的速率，使得腐蝕速率小于膜層的生成速度，從而保證膜層的生長過程正常進(jìn)行，消耗氫離子使局部pH值升高，當(dāng)pH值達(dá)到一定數(shù)值時(shí)與鋁離子結(jié)合沉積下來，構(gòu)成膜層的主要組分；成膜劑利用溶液中的反應(yīng)，使固、液界面微區(qū)內(nèi)pH值的變化，使溶解的Al3+以氧化鋁或氫氧化鋁相的納米結(jié)構(gòu)吸附在鋁基體上，形成一層具有一定厚度的以鋁的氧化物或氫氧化物為主的膜層，可提高膜層的耐腐蝕性能，又具有良好的吸附性和附著力；表面活性劑可以控制溶液、鋁基體之間的潤濕程度，能夠提高有效離子在有水分條件下的釋放速度和擴(kuò)展面積，同時(shí)提高膜層在鋁基體表面的附著性和沉積量。
總之，本發(fā)明提供了一種耐腐蝕復(fù)合金屬材料及其制作方法，這種耐腐蝕復(fù)合金屬材料具備良好耐腐蝕性和耐磨性，集高強(qiáng)度、高韌性、抗疲勞性等于一體，制作方法安全。
【具體實(shí)施方式】
下面的實(shí)施例可以幫助本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明，但不可以以任何方式限制本發(fā)明。
實(shí)施例1
一種耐腐蝕復(fù)合金屬材料，所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料包含的原料及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為鎂2％、鈦0.08％、碳化硅0.2％、鉬0.5％、鈰0.5％、錳0.05-％、其余為鋁。其制作方法包括以下步驟：
(1)將所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料的各組原料分別熔融，然后將各組份升溫至2610℃后混合均勻，將所得混合物澆筑成型，自然冷卻后得到生坯；
(2)將所得生坯送入真空燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)室真空為5.0×10-2Pa，燒結(jié)溫度以5℃/min的速率進(jìn)行升溫，達(dá)到550℃時(shí)保溫4h，然后隨爐冷卻至室溫，得到物質(zhì)a；
(3)將所述物質(zhì)a打磨至表面粗糙度在10μm以下，除去表面油脂，用水清洗干凈；
(4)制作組合物b：將所述表面氧化劑、成膜促進(jìn)劑、表面活性劑以及緩沖溶液按照0.5:0.2:1:5混合均勻，制成所述組合物b；
其中，所述表面氧化劑為高氯酸鹽、硫酸鎳、高錳酸按照1:1:1的質(zhì)量比混合制成；所述成膜促進(jìn)劑為亞硝酸鈉、銅鹽按照1:0.2的質(zhì)量比混合制成；所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、三乙醇胺、鄰苯二甲酸銨按照1:0.1:0.2的質(zhì)量比混合制成；所述緩沖溶液為醋酸-醋酸鈉緩沖體系；
(5)將所述物質(zhì)a放置于所述組合物b中浸泡處理10min，取出后用水清洗干凈，于室溫下風(fēng)干，即得所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料。
實(shí)施例2
一種耐腐蝕復(fù)合金屬材料，所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料包含的原料及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為鎂3％、鈦0.10％、碳化硅0.4％、鉬0.6％、鈰0.7％、錳0.07％、其余為鋁。其制作方法包括以下步驟：
(1)將所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料的各組原料分別熔融，然后將各組份升溫至2610℃后混合均勻，將所得混合物澆筑成型，自然冷卻后得到生坯；
(2)將所得生坯送入真空燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)室真空為1.0×10-3Pa，燒結(jié)溫度以7℃/min的速率進(jìn)行升溫，達(dá)到650℃時(shí)保溫5h，然后隨爐冷卻至室溫，得到物質(zhì)a；
(3)將所述物質(zhì)a打磨至表面粗糙度在10μm以下，除去表面油脂，用水清洗干凈；
(4)制作組合物b：將所述表面氧化劑、成膜促進(jìn)劑、表面活性劑以及緩沖溶液按照0.6:0.3:1:6混合均勻，制成所述組合物b；
其中，所述表面氧化劑為高氯酸鹽、硫酸鎳、高錳酸按照1:1:2的質(zhì)量比混合制成；所述成膜促進(jìn)劑為亞硝酸鈉、銅鹽按照1:0.3的質(zhì)量比混合制成；所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、三乙醇胺、鄰苯二甲酸銨按照1:0.2:0.4的質(zhì)量比混合制成；所述緩沖溶液為醋酸-醋酸鈉緩沖體系；
(5)將所述物質(zhì)a放置于所述組合物b中浸泡處理15min，取出后用水清洗干凈，于室溫下風(fēng)干，即得所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料。
實(shí)施例3
一種耐腐蝕復(fù)合金屬材料，所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料包含的原料及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為鎂2.4％、鈦0.085％、碳化硅0.3％、鉬0.55％、鈰0.6％、錳0.06％、其余為鋁。其制作方法包括以下步驟：
(1)將所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料的各組原料分別熔融，然后將各組份升溫至2610℃后混合均勻，將所得混合物澆筑成型，自然冷卻后得到生坯；
(2)將所得生坯送入真空燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)室真空為1.0×10-2Pa，燒結(jié)溫度以5℃/min的速率進(jìn)行升溫，達(dá)到600℃時(shí)保溫4.5h，然后隨爐冷卻至室溫，得到物質(zhì)a；
(3)將所述物質(zhì)a打磨至表面粗糙度在10μm以下，除去表面油脂，用水清洗干凈；
(4)制作組合物b：將所述表面氧化劑、成膜促進(jìn)劑、表面活性劑以及緩沖溶液按照0.52:0.23:1:5.3混合均勻，制成所述組合物b；
其中，所述表面氧化劑為高氯酸鹽、硫酸鎳、高錳酸按照1:1:1.2的質(zhì)量比混合制成；所述成膜促進(jìn)劑為亞硝酸鈉、銅鹽按照1:0.25的質(zhì)量比混合制成；所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、三乙醇胺、鄰苯二甲酸銨按照1:0.12:0.28的質(zhì)量比混合制成；所述緩沖溶液為醋酸-醋酸鈉緩沖體系；
(5)將所述物質(zhì)a放置于所述組合物b中浸泡處理12min，取出后用水清洗干凈，于室溫下風(fēng)干，即得所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料。
實(shí)施例4
一種耐腐蝕復(fù)合金屬材料，所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料包含的原料及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為鎂2.6％、鈦0.095％、碳化硅0.35％、鉬0.55％、鈰0.62％、錳0.06％、其余為鋁。其制作方法包括以下步驟：
(1)將所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料的各組原料分別熔融，然后將各組份升溫至2610℃后混合均勻，將所得混合物澆筑成型，自然冷卻后得到生坯；
(2)將所得生坯送入真空燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)室真空為2.0×10-2Pa，燒結(jié)溫度以7℃/min的速率進(jìn)行升溫，達(dá)到580℃時(shí)保溫4.2h，然后隨爐冷卻至室溫，得到物質(zhì)a；
(3)將所述物質(zhì)a打磨至表面粗糙度在10μm以下，除去表面油脂，用水清洗干凈；
(4)制作組合物b：將所述表面氧化劑、成膜促進(jìn)劑、表面活性劑以及緩沖溶液按照0.54:0.25:1:5.6混合均勻，制成所述組合物b；
其中，所述表面氧化劑為高氯酸鹽、硫酸鎳、高錳酸按照1:1:1.8的質(zhì)量比混合制成；所述成膜促進(jìn)劑為亞硝酸鈉、銅鹽按照1:0.27的質(zhì)量比混合制成；所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、三乙醇胺、鄰苯二甲酸銨按照1:0.16:0.3的質(zhì)量比混合制成；所述緩沖溶液為醋酸-醋酸鈉緩沖體系；
(5)將所述物質(zhì)a放置于所述組合物b中浸泡處理14min，取出后用水清洗干凈，于室溫下風(fēng)干，即得所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料。
實(shí)施例5
一種耐腐蝕復(fù)合金屬材料，所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料包含的原料及其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為鎂2.5％、鈦0.09％、碳化硅0.27％、鉬0.54％、鈰0.65％、錳0.06％、其余為鋁。其制作方法包括以下步驟：
(1)將所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料的各組原料分別熔融，然后將各組份升溫至2610℃后混合均勻，將所得混合物澆筑成型，自然冷卻后得到生坯；
(2)將所得生坯送入真空燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)室真空為3.0×10-2Pa，燒結(jié)溫度以7℃/min的速率進(jìn)行升溫，達(dá)到620℃時(shí)保溫4.8h，然后隨爐冷卻至室溫，得到物質(zhì)a；
(3)將所述物質(zhì)a打磨至表面粗糙度在10μm以下，除去表面油脂，用水清洗干凈；
(4)制作組合物b：將所述表面氧化劑、成膜促進(jìn)劑、表面活性劑以及緩沖溶液按照0.58:0.27:1:5.9混合均勻，制成所述組合物b；
其中，所述表面氧化劑為高氯酸鹽、硫酸鎳、高錳酸按照1:1:1.2的質(zhì)量比混合制成；所述成膜促進(jìn)劑為亞硝酸鈉、銅鹽按照1:0.24的質(zhì)量比混合制成；所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、三乙醇胺、鄰苯二甲酸銨按照1:0.3:0.26的質(zhì)量比混合制成；所述緩沖溶液為醋酸-醋酸鈉緩沖體系；
(5)將所述物質(zhì)a放置于所述組合物b中浸泡處理13min，取出后用水清洗干凈，于室溫下風(fēng)干，即得所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料。
實(shí)驗(yàn)案例：
本發(fā)明經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)操作，對(duì)下列幾組實(shí)驗(yàn)所得的產(chǎn)品進(jìn)行檢測，測試各項(xiàng)參數(shù)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，參數(shù)見表1；
第1至第5組依次對(duì)應(yīng)本發(fā)明中實(shí)施例1至5，
第6組制作所述耐腐蝕復(fù)合金屬材料的原料為鋁合金，所述制作方法采用步驟(3)-(5)，其余方式與實(shí)施例5一致，
第7組在制作方法中不包含步驟(4)，其余方式與實(shí)施例5一致。
表1耐腐蝕復(fù)合金屬材料參數(shù)
從上述表1中可以看出，采用本發(fā)明實(shí)施例1-5方法制得的耐腐蝕復(fù)合金屬材料的各項(xiàng)指標(biāo)均好于第6組和第7組的材料，說明采用本發(fā)明原料和方法制得的材料，其耐腐蝕性和耐磨性好，強(qiáng)度和韌性高、延展性好。
其中，第6組與第5組相比，制作耐腐蝕復(fù)合金屬材料的原料不同，并未使用本發(fā)明提供的組分和配比，是將鋁合金打磨清洗干凈后，放入組合物b中浸泡而得到的產(chǎn)品，這種產(chǎn)品的腐蝕電流密度高，耐腐蝕性能差，其硬度、抗拉強(qiáng)度和延伸率均較第5組差，說明本發(fā)明的制作組分和配比能有效提高產(chǎn)品的各項(xiàng)特性；
第7組與第5組相比，材料的制作過程并未經(jīng)過步驟(4)，其他方式與第5組相同，所得到的產(chǎn)品的腐蝕電流密度高，說明其耐腐蝕性能差，其硬度、抗拉強(qiáng)度和延伸率均較第5組差，說明本發(fā)明的制作方法經(jīng)過步驟(4)處理之后，能有效提高產(chǎn)品的各項(xiàng)特性。
雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。