[發(fā)明專利]一種碳纖維增強(qiáng)合金復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810011646.8
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN108193149B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張宏亮;陳天生;范圣平;陳剛
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東電科院能源技術(shù)有限責(zé)任公司
• 主分類號: C22C49/08
• 分類號: C22C49/08;C22C49/14;C22C47/12;F16L9/02;C22C101/10
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 張春水;唐京橋

本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，尤其涉及一種碳纖維增強(qiáng)合金復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明提供了一種碳纖維增強(qiáng)合金復(fù)合材料，所述碳纖維增強(qiáng)合金復(fù)合材料以合金為基體，以碳纖維為增強(qiáng)體制備而成；所述合金包括：以質(zhì)量百分比計，Cr：20％～22％、Al：0.5％～2％、Ni：2％～8％、C：0.02％～0.08％、Ti：0.2％～0.8％和Nb：0.2％～0.8％；其余為鐵。高溫腐蝕動力學(xué)試驗及高溫氧化動力學(xué)試驗表明，本發(fā)明碳纖維增強(qiáng)合金復(fù)合材料在腐蝕試驗中增重變化量主要集中在1.3～2.9mg/cm²的范圍內(nèi)，本發(fā)明碳纖維增強(qiáng)合金復(fù)合材料具有明顯優(yōu)于TP316等商品金屬材料的耐高溫氯化鉀腐蝕性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬材料領(lǐng)域，尤其涉及一種碳纖維增強(qiáng)合金復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

可再生、無污染的生物質(zhì)燃料，是未來綠色可再生能源的發(fā)展方向之一，具有廣闊的發(fā)展前景。與燃煤發(fā)電相比，生物質(zhì)燃燒發(fā)電對電站鍋爐過熱管等設(shè)備的耐腐蝕性能要求較高，即要求具有耐鉀、氯、鹽類及堿性物質(zhì)高溫腐蝕的能力。目前國內(nèi)鍋爐過熱器管材常用的合金材料為TP91、304不銹鋼等，T91的應(yīng)用場合有高再出口集箱、過熱器出口安全閥管段、高過管、屏過管、高再管和高過出口導(dǎo)管；15CrMo的應(yīng)用場合有后墻水冷壁吊掛管、低過二級管組、低過三級管組、頂棚過熱器管、低再二級管組和低再三級管組；SUS316的應(yīng)用場合有高過管、屏過管、高再管、高過出口導(dǎo)管。

TP91成分為0.1C-9Cr-1Mo，組織結(jié)構(gòu)為回火馬氏體組織，具有良好的綜合力學(xué)性能和高溫力學(xué)性能。C、Cr及Mo元素組成的化合物具有良好的高溫穩(wěn)定性，保證了長期使用條件下的力學(xué)性能穩(wěn)定。304不銹鋼的18％含量的Cr元素提高了其耐蝕電位，對比TP91具有良好的耐蝕性能。TP91和304不銹鋼兩種合金都具有良好的成型性能和焊接性能。

TP91等合金適用于常見火電使用條件，具有良好的工藝特性和使用壽命。對于秸稈燃燒等生物質(zhì)發(fā)電條件，由于燃燒氣氛中含有K⁺、Na⁺、Cl^-等離子及其鹽類，火電用鍋爐過熱器管材很快結(jié)垢并被腐蝕和氧化，使用壽命比較短。在高溫和含有K⁺、Na⁺、Cl^-等離子和水氣等條件下，上述合金表層的氧化物、碳化物的保護(hù)作用有限。

國外鍋爐過熱器管材使用的材料除了上述合金外，還有高合金含量的HR3C等耐熱鋼。HR3C的成分為25Cr-20Ni-Nb-N，由于具有高Cr、高Ni含量，其耐蝕和耐氧化性能優(yōu)異，用于生物質(zhì)電站管材方面也具有良好的使用性能。這種合金為奧氏體結(jié)構(gòu)的合金，由于含有大量的Ni元素，其價格比較高，管材加工有一定難度，另外由于材料中含有N元素，管材焊接焊縫容易出現(xiàn)氣孔等缺陷。

對于HR3C合金，其組織為奧氏體，因高含量Cr和高含量Ni的存在，其常規(guī)的高溫耐蝕性能、高溫抗氧化性能以及高溫耐K⁺、Na⁺、Cl^-等離子腐蝕性能都很高。我國燃煤灰燼中堿金屬硫化物含量較高。對于秸稈類生物質(zhì)燃燒的灰燼，由于秸稈在生長過程中吸收了大量的礦物質(zhì)、鹽類等，灰燼中含有大量的堿金屬氯化物，燃燒氣氛中含有氯氣、氯化氫氣體等，與過熱器管材接觸發(fā)生腐蝕作用，奪取了氧化物保護(hù)膜中的氧，腐蝕產(chǎn)物為含鐵的低熔點氯化物、含鐵的低熔點硫化物，使腐蝕持續(xù)發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種碳纖維增強(qiáng)合金復(fù)合材料及其制備方法，用于解決目前鍋爐過熱器管材材料的高溫耐腐蝕性能和耐氧化性能不能滿足我國生物質(zhì)電站管材的問題。

具體技術(shù)方案如下：

一種碳纖維增強(qiáng)合金復(fù)合材料，所述碳纖維增強(qiáng)合金復(fù)合材料以合金為基體，以碳纖維為增強(qiáng)體制備而成；