哈氏C-属于镍-钼-铬-钨系镍基合金,是现代金属材料中最耐蚀的一种,在苛刻的腐蚀环境中,如化工、石油化工、烟气脱硫、纸浆和造纸、环保等工业领域有着相当广泛的应用。PTA在加工过程中所涉及的介质及所选用的催化剂大多具有较强的腐蚀性,一些重要的静设备、管件、高速泵及内件都选用了耐腐蚀性极强的哈氏C-。其中,PTA工业生产中的部分过滤装置,如精制母液过滤器和氧化母液过滤器,其核心过滤元件都是哈氏C-粉末多孔元件,可有效回收外排污水中的PTA固体,降低了污水处理难度。虽然哈氏价格昂贵,使用上受到了限制,但是在PTA装置中,处于复杂工况的设备上却不可替代。
1、实验选材
C-哈氏设计成分为(质量分数):15%Cr16%Mo-5%Fe-4%W-余Ni。经过高压水雾化工艺制备C-预合金粉,采用冷等静压成形,再经过高温烧结,滤管尺寸φ65mm×mm,厚度3.0mm。并取样对多孔材料进行腐蚀试验,腐蚀介质90%wt的醋酸,腐蚀介质温度80℃~90℃,腐蚀时间1周、2周、3周,并对比腐蚀前后多孔材料的断口形貌、质量变化及性能的变化。
2、结果分析
2.1质量改变
哈氏C-多孔材料在90%wt醋酸腐蚀过程中,随着腐蚀时间的延长,多孔材料的质量损失率增加,但损失速率逐渐降低。分析认为,哈氏C-中铬的加入提高了合金的抗氧化性及耐氧化性酸腐蚀。因此,随着腐蚀的加剧,多孔材料质量损失率逐步减慢,微观分析表面结果表明,是因为在腐蚀过程中合金表面生成了含Cr2O3的产物,这些腐蚀产物具有很好的致密性和连续性,不易破坏和剥落,因而阻滞了腐蚀过程的进行,大大降低了腐蚀速率,使合金产生了很好的钝化效果。
2.2微观形貌
通过图2观察可知,腐蚀前,哈氏颗粒表面相对光滑,颗粒表面留有经过高温烧结后形成的浅纹路;哈氏经过醋酸腐蚀介质在一定温度腐蚀3周后,颗粒表面出现弥散的不规则凹坑,凹坑中间有白色颗粒。这种凹坑及白色颗粒不仅在颗粒表面存在,在颗粒间的烧结颈也存在。哈氏经过醋酸腐蚀3周后,表面出现明显腐蚀坑,如图3所示,并对其断口不同颜色或区域组织进行EDS元素成分测定,定点位置见图3,定点能谱数据见表1。
定点1为基体上凸起的白色小颗粒,其主要合金元素成分与点4对比,Cr、Fe、Ni化学成分变化稍变小,O与Si成分增高,推测可能形成SiO2,Si含量的升高,很有可能是烧结炉体不干净内部灰尘带入的结果。
2.3多孔性能及压溃强度变化
表3给出了实验哈氏C-与国外样品C-多孔材料在醋酸腐蚀介质中前后性能变化对比表。从表中可以看出,多孔性能与压溃强度腐蚀前、后变化都不大。因此,哈氏C-多孔材料在醋酸腐蚀溶液中的耐蚀性好。
3结论
(1)用水雾化合金粉末,经过冷等静压成形、高温烧结工艺制备的高性能哈氏C-多孔材料,平均孔径4μm~4.5μm,最大孔径10μm~11μm,透气度40~55m/㎡·h·KPa,压溃强度大于MPa。
(2)哈氏C-烧结粉末多孔材料具有较好的耐醋酸腐蚀性能。