[發明專利]一種耐海水腐蝕的鋁合金復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810607866.7
• 申請日: 2018-06-13
• 公開（公告）號: CN108893699A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 王澤;彭勇;李小平;盧雅琳;周東帥;張揚;李汶澤;雷衛寧;葉霞
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: C23C4/123
• 分類號: C23C4/123;C23C4/06;C21D9/08;B21C23/21;E21B17/00
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 黃杭飛

本發明提供一種耐海水腐蝕的鋁合金復合材料，該復合材料由鋁合金、增強體和抗腐蝕劑組成，所述鋁合金中各元素的質量分數為Cu3.8～4.9％、Mg1.2～1.8％、Mn0.30～0.90％，其余為Al；所述增強體為高熵合金顆粒，其粒徑為20～50μm，在復合材料中所占體積百分數為15～20％，所述抗腐蝕劑為緩蝕劑，在復合材料中所占體積百分數為5～10％，其粒徑為20～50μm。

技術領域

本發明屬于材料領域，具體涉及一種耐海水腐蝕的鋁合金復合材料及制造方法。

背景技術

隨著社會發展人口日益增長，對資源需求越來越多，當前陸地近地表資源已經開采過度，為了滿足社會發展需求必須向地球深部或者海洋中尋找資源。由于海洋環境中存在高含量的Cl-會造成鋁合金表面氧化膜鈍化態失穩。鋁合金在海水中很大程度依靠鈍化的氧化膜起到保護作用，由于Cl^-離子易于和Al³⁺形成化合物并且溶解度非常高造成了陽極溶解加速了鋁合金的腐蝕。Cl-離子非常小具有很強的小孔穿透力，使鋁合金在海水中會出現局部腐蝕，比如點腐蝕、縫隙腐蝕等。此外，隨著海洋深度的變化腐蝕率也不同，在500～900米深度范圍腐蝕最為嚴重，是表層海水的3倍。因此，提高鋁合金鉆桿的耐腐蝕性是提升鋁合金在海洋油氣鉆探廣泛應用的關鍵。

目前公知的耐海水腐蝕鉆桿用鋁基復合材料制備方法是對鋁合金表面微弧氧化，表面電鍍和表面超疏水化等。這幾種方法處理的耐腐蝕層厚度僅有40～60μm，由于在油氣鉆探過程中鉆桿要不斷與泥沙、巖石碰撞磨損，經過一段時間后耐腐蝕層將被磨損，裸露出新的基體材料仍然避免不了被海水腐蝕的狀況。經對現有技術文獻的檢索發現，中國專利公告號為:CN206256183U，公告日為：2017.06.16，發明名稱為:一種耐腐蝕鋁基復合材料，以鋁為基材依次鍍錫、鍍鋅獲得耐腐蝕鋁基復合材料，該方法缺點在于鍍層與基材之間界面結合不牢靠，表面耐磨性差，力學性能低適合用于受力較小的領域。中國專利公告號為:106835233A，公告日為：2017.06.13，發明名稱為:耐磨、防腐蝕的鋁合金鉆桿制備方法及制得的鋁合金鉆桿，該發明采用電鍍法獲得耐磨、防腐蝕的鋁合金鉆桿，缺點在于表面耐磨防腐層僅有40～60μm，使用壽命短并且電解槽廢液對環境有較大污染。

發明內容

本發明針對以上缺點從改善鋁合金材料本質出發，以鋁合金為基材，高熵合金為增強體，緩蝕劑為抗腐蝕劑，采用噴射沉積增材制造和熱擠壓工藝制備耐海水腐蝕的鉆桿用鋁基復合材料。所添加的高熵合金具有高硬度、高強度、耐磨、耐腐蝕、高溫熱穩定性，與鋁合金基體間的界面潤濕性與界面相容性好。因此，本發明制備的鉆桿用鋁基復合材料不僅具有優良的耐磨性和耐海水腐蝕性，而且使用壽命長。

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，通過改變鋁合金材料本質提高其耐海水腐蝕性。本發明提供一種耐海水腐蝕的鉆桿用鋁基復合材料及增材制造方法。

實現本發明的技術問題所采取的技術方案是：采用鋁合金為基材，高熵合金為增強體，緩蝕劑為抗蝕劑，鋁合金熔化后和高熵合金、緩蝕劑顆粒一起在高壓氮氣作用下同步霧化沉積在基板上獲得鋁基復合材料鑄坯。然后對鑄坯進行熱擠壓致密化處理，擠壓成管材。最后對管材進行二級固溶時效熱處理，即得耐海水腐蝕的鉆桿用鋁基復合材料。

本發明提供一種耐海水腐蝕的鋁合金復合材料，該復合材料由鋁合金、增強體和抗腐蝕劑組成，所述增強體為高熵合金顆粒，所述抗腐蝕劑為緩蝕劑。

優選的本發明所述增強體在復合材料中所占體積百分數為15～20％，抗腐蝕劑在復合材料中所占體積百分數為5～10％。

優選的本發明所述鋁合金中各元素的質量分數為Cu3.8～4.9％、Mg1.2～1.8％、Mn0.30～0.90％，其余為Al。

優選的本發明所述高熵合金顆粒為TiCoCrFeNiAl，其粒徑為20～50μm。