《銅業(yè)工程》2024年第1期論文《增材制造鎳鋁青銅合金的制備與腐蝕行為研究進(jìn)展》,由北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院劉明澤碩士供稿。論文全部作者分別是:劉明澤1,周禮龍2,左鵬程1,郭朗1,張澤群1,何淑潔1,吳俊升1,張博威1;作者單位分別是:1.北京科技大學(xué)新材料技術(shù)研究院;2.航天工程裝備(蘇州)有限公司。
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鎳鋁青銅合金因具有較好的延展性、強(qiáng)度、斷裂韌性及耐腐蝕性而廣泛應(yīng)用于石油、航空工業(yè)和船舶應(yīng)用等領(lǐng)域。傳統(tǒng)鑄造等工藝制備的鎳鋁青銅合金具有復(fù)雜的物相組成,在嚴(yán)苛的服役環(huán)境條件下容易發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕失效。
近年來(lái),增材制造技術(shù)在銅合金加工領(lǐng)域發(fā)展迅速?;诳焖俜瞧胶饽烫匦裕梢酝ㄟ^(guò)顯微組織調(diào)控來(lái)提高銅合金的機(jī)械性能,并有望提升其在嚴(yán)苛服役環(huán)境中的耐腐蝕性能。制備鎳鋁青銅的主要增材制造方法有粉床熔融技術(shù)和定向能沉積技術(shù)。相比于傳統(tǒng)鑄造,增材制造技術(shù)制備的鎳鋁青銅合金具有更低的缺陷密度。此外,合金因受到局部高溫梯度和快速凝固的影響,得到細(xì)小而均勻的晶粒,并且析出相分布更為均勻。
圖1 (a-i, a-ii)鑄態(tài)鎳鋁青銅和(c-i, c-ii)增材制造鎳鋁青銅合金的SEM圖像
目前,增材制造鎳鋁青銅合金的制備工藝及性能優(yōu)化研究還處于起步階段。針對(duì)其對(duì)合金耐腐蝕性能影響的研究主要以選相腐蝕為主,鎳鋁青銅合金是一種典型的多相合金,在酸性環(huán)境中,合金中的相表面電位比α相低,因此κ相處會(huì)首先發(fā)生腐蝕。然而,在中性含氯溶液中,由于κ相富含Al,形成氧化鋁保護(hù)膜后,其表面電位比α相更高,導(dǎo)致處于陰陽(yáng)極相交替分布處的α相更容易發(fā)生腐蝕。前期研究表明,β’相內(nèi)部的高應(yīng)力馬氏體結(jié)構(gòu)在中性含氯溶液中容易優(yōu)先發(fā)生腐蝕,而增材制造鎳鋁青銅合金中β’相含量降低,故具有更好的耐腐蝕性能。
為了改善增材制造鎳鋁青銅合金的性能,本文列舉了基于不同增材制造技術(shù)制備的鎳鋁青銅合金,圍繞合金的顯微組織、力學(xué)性能以及腐蝕行為展開(kāi)深入探討,進(jìn)一步對(duì)比分析了不同制備工藝參數(shù)和熱處理工藝與鎳鋁青銅顯微組織的關(guān)聯(lián)機(jī)制對(duì)其腐蝕行為的影響規(guī)律,深入分析了固溶處理、時(shí)效處理、淬火處理、退火處理等對(duì)鎳鋁青銅合金微觀結(jié)構(gòu)特征的影響。通過(guò)構(gòu)建增材制造鎳鋁青銅制備工藝-顯微組織特征-耐腐蝕性能之間的內(nèi)稟關(guān)系,為高性能增材制造鎳鋁青銅的設(shè)計(jì)優(yōu)化及應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)。
雖然已有大量關(guān)于傳統(tǒng)鎳鋁青銅合金制備方法及力學(xué)性能研究,但仍然缺少合金腐蝕行為機(jī)理的系統(tǒng)研究,關(guān)于增材制造鎳鋁青銅合金耐腐蝕性能的探討更為匱乏,仍有諸多問(wèn)題有待解決。例如,除了常見(jiàn)的均勻腐蝕和選相腐蝕以外,還缺少更多其他腐蝕形式的研究;不同的熱處理制度對(duì)鎳鋁青銅合金的腐蝕性能差別較大,仍需要不斷探索最佳的熱處理制度來(lái)保證穩(wěn)定提升合金的耐腐蝕性能。因此,要想獲得理想的增材制造鎳鋁青銅耐腐蝕性能,還需更多的研究來(lái)揭示其潛在的腐蝕機(jī)制。
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①劉明澤,周禮龍,左鵬程,郭朗,張澤群,何淑潔,吳俊升,張博威. 增材制造鎳鋁青銅合金的制備與腐蝕行為研究進(jìn)展 [J]. 銅業(yè)工程,2024(1):54-66.
②LIU Mingze,ZHOU Lilong,ZUO Pengcheng,GUO Lang,ZHANG Zequn,HE Shujie,WU Junsheng,ZHANG Bowei. Preparation and Corrosion Behavior of Additive Manufactured Nickel-Aluminum Bronze Alloys [J]. Copper Engineering, 2024(1):54-66.
doi: 10.3969/j.issn.1009-3842.2024.01.006
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標(biāo)簽: 銅業(yè)工程, 張博威, 北京科技大學(xué)

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