一种抗超声空化腐蚀的稀土改性铁素体及超声波探头制造技术

本发明专利技术提出一种抗超声空化腐蚀的稀土改性铁素体，按质量百分比，包括以下组分，0.006‑0.1%的碳，3.5‑35%的铬，0.5‑25%的镍，0.003‑1%的稀土铈，1‑7.5%的稀土钇，0.01‑0.5%的稀土镧，和余量铁。本发明专利技术还提出一种由所述抗超声空化腐蚀的稀土改性铁素体制成的超声波探头。具有优良的耐腐蚀性能和较好的抗晶间腐蚀性能，和优良的冷热加工和成型性能，大大地延长了断裂寿命，适用于超声波液体处理。解决了现有超声波探头在应超声作业过程空化腐蚀严重的问题。

A Rare Earth Modified Ferrite and Ultrasound Probe for Resistance to Ultrasound Cavitation Corrosion

【技术实现步骤摘要】
一种抗超声空化腐蚀的稀土改性铁素体及超声波探头
本专利技术涉及一种抗超声空化腐蚀的稀土改性铁素体及超声波探头。
技术介绍
传统的金属在高温受压的状态下容易受到腐蚀，金属硬度较高例如不锈钢、钛合金等都一样。聚能式超声波振动棒在液体处理应用时，探头辐射端面发出的超声波驱使液体振动而产生数以万计的微小气泡，即空化泡。这些气泡在超声波纵向传播形成的负压区生长，而在正压区迅速闭合，从而在交替正负压强下受到压缩和拉伸。在气泡被压缩直至崩溃的一瞬间，会产生巨大的瞬时压力，一般可高达几十兆帕至上百兆帕。空化可使气相反应区的温度达到5200K左右，液相反应区的有效温度达到1900K左右，局部压力在5.05×10kPa，温度变化率高达10K/s，并伴有强烈的冲击波和时速达400km的微射流。这种巨大的瞬时压力，可以使悬浮在液体中的固体表面或超声发射端面金属受到急剧的破坏-即超声空化效应导致腐蚀（以下简称空化腐蚀）。因此，超声发射端面的寿命受到很大的限制。而超声发射端面的寿命主要取决于超声发射端面的金属材质，现时超声发射端面采用的金属，多为铝、不锈钢、钛合金等金属材料，到目前为止这些材料都不能很好解决这个问题，这些金属制造的超声发射端面由于其属性的局限，都会在使用较短的时间内出现严重的空化腐蚀，若超声波振幅在50μm以上的，空化腐蚀则更为严重，空化腐蚀出现的时间较长一般在15天内而时间较短的则只有几天甚至几小时，由于空化腐蚀使超声发射端面的超声效果功能减弱乃至丧失，因而，如何解决耐超声空化腐蚀是超声波应用的难题，也是决定超声波应用范围的分水岭。超声波应用的范围非常广泛，包括焊接、切割以及探测等等，然而国内超声波在液体处理应用方面仍处于起步阶段，超声波液体处理是一个很广的领域，如炼化行业、医药行业、环保行业等等，也是对超声波技术工业应用要求很高的领域，但由于受到超声发射端面金属材质的限制，给其广泛应用带来很大的影响，超声发射端面的寿命决定了超声波在液体处理方面能否大规模应用，能否将超声波技术很好地与其他技术相结合应用到更广阔的范畴，超声发射端面的寿命若不能满足工业化的基本要求，将给超声波应用带来很大的局限性。
技术实现思路
为解决现有超声波探头在应超声作业过程空化腐蚀严重的问题，本专利技术提出一种抗超声空化腐蚀的稀土改性铁素体及超声波探头，具有优良的耐腐蚀性能和较好的抗晶间腐蚀性能，和优良的冷热加工和成型性能，大大地延长了断裂寿命，适用于各种超声波液体处理。具体方案如下：本专利技术提出一种抗超声空化腐蚀的稀土改性铁素体，按质量百分比，包括以下组分，0.006-0.1%的碳，3.5-35%的铬，0.5-25%的镍，0.003-1%的稀土铈，1-7.5%的稀土钇，0.01-0.5%的稀土镧，和余量铁。优选的，所述抗超声空化腐蚀的稀土改性铁素体，按质量百分比，包括以下组分，0.006-0.1%的碳，9-25%的铬，4-16%的镍，0.003-1%的稀土铈，1-7.5%的稀土钇，0.01-0.5%的稀土镧，和余量铁。进一步的，按质量百分比，还包括0.1-7%的锰和0.5-3%的钼。进一步的，按质量百分比，还包括0.05-1.5%的氮。进一步的，按质量百分比，还包括0.05-5%的硅。进一步的，按质量百分比，硫的含量不超过0.01%。本专利技术还提出一种超声探头，其超声波发射端面由上述的抗超声空化腐蚀的稀土改性铁素体制成。进一步的，所述超声波发射端面镀有硬铬层，所述硬铬层的厚度为1-45微米。本专利技术的有益效果如下：本专利技术通过在具有C、Cr、Ni元素的铁素体材料冶炼中加入稀土制造出改性铁素体，其中稀土铈、镧和钇的加入，在本铁素体体系中是优良的脱硫剂，能够减少了晶界的杂质元素，净化晶界，提高耐腐蚀性、抗氧化性，抗晶间腐蚀和点蚀性能；其尤其突显铁素体对高温蠕变塑性性能的改善，增强高温抗拉伸强度和延展性，使晶界裂纹尖端的应力集中容易因形变而松弛，裂纹难于扩展，从而大大地延长了断裂寿命。此外，在该铁素体体系中较低的碳含量使得在发射端面因高温而析出的碳化物减至最少，有效地将因碳化物的析出而导致铁素体在超声作业环境中产生晶间腐蚀降至最低的水平。故将本专利技术提出的抗超声空化腐蚀的稀土改性铁素体制成超声波探头，具有优良的耐腐蚀性能和较好的抗晶间腐蚀性能，和优良的冷热加工和成型性能，大大地延长了断裂寿命，适用于各种超声波液体处理。具体的：本专利技术的抗超声空化腐蚀的稀土改性铁素体遇到超声波的空化腐蚀好像水一样自动融合自动填补修复超声发射端面的腐蚀空间，超声波的空化腐蚀纵然如刀，但砍不断犹如水一样的铁素体，用该铁素体制造的超声发射端面其抗空化腐蚀的性能将会大大提升，通过实验可知，本专利技术的铁素体制造的超声波振动探头在液体处理应用时，超声发射端面在使用长时间的过程中都不会出现空化腐蚀，测试表明超声波振幅在100μm以上的，使用一年半内（3000小时以上）都不会出现严重的空化腐蚀，大大地拓宽超声波的应用范围。另外根据该铁素体的属性，也可以作为其他有关抗空化腐蚀的应用材料，除超声波防空化腐蚀以外其他行业，如的机械设备、化工反应釜、油处理装置等等需要金属柔韧性的应用方面。附图说明图1为钛合金TC4超声波探头测试前的端面图。图2为钛合金TC4超声波探头测试运行8小时后的端面图。图3为钛合金TC4超声波探头测试运行32小时后的端面图。图4为钛合金TC11超声波探头测试前的端面图。图5为钛合金TC11超声波探头测试运行8小时后的端面图。图6为钛合金TC11超声波探头测试运行32小时后的端面图。图7为本专利技术的铁素体制成的超声波探头测试前的端面图。图8为本专利技术的铁素体制成的超声波探头运行500小时后的端面图。图9为本专利技术的铁素体制成的超声波探头运行1000小时后的端面图。图10为本专利技术的铁素体制成的镀硬铬层的超声波探头测试前的端面图。图11为本专利技术的铁素体制成的镀硬铬层的超声波探头测试运行72小时后的侧视图。图12为本专利技术的铁素体制成的镀硬铬层的超声波探头测试运行1000小时后的端面图。图13为本专利技术的铁素体制成的镀硬铬层的超声波探头测试运行2000小时后的端面图。图14为本专利技术的铁素体制成的镀硬铬层的超声波探头测试运行3000小时后的端面图。具体实施方式如下结合附图，对本申请方案作进一步描述：一种抗超声空化腐蚀的稀土改性铁素体，按质量百分比，包括以下组分，0.006-0.1%的碳，3.5-35%的铬，0.5-25%的镍，0.003-1%的稀土铈，1-7.5%的稀土钇，0.01-0.5%的稀土镧，和余量铁。优选的，所述抗超声空化腐蚀的稀土改性铁素体，按质量百分比，包括以下组分，0.006-0.1%的碳，9-25%的铬，4-16%的镍，0.003-1%的稀土铈，1-7.5%的稀土钇，0.01-0.5%的稀土镧，和余量铁。进一步的，按质量百分比，还包括0.1-7%的锰和0.5-3%的钼，0.05-1.5%的氮，0.05-5%的硅，其中硫的含量不超过0.01%。实施例一一种抗超声空化腐蚀的稀土改性铁素体，按质量百分比，包括以下组分，0.008%的碳，9%的铬，4%的镍，0.005%的稀土铈，1%的稀土钇，0.05%的稀土镧，0.15%的锰和0.5%的钼，0.08%的氮，0.05%的硅，和余量铁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抗超声空化腐蚀的稀土改性铁素体，其特征在于，按质量百分比，包括以下组分，0.006‑0.1％的碳，3.5‑35％的铬，0.5‑25％的镍，0.003‑1％的稀土铈，1‑7.5％的稀土钇，0.01‑0.5％的稀土镧，和余量铁。

【技术特征摘要】
1.一种抗超声空化腐蚀的稀土改性铁素体，其特征在于，按质量百分比，包括以下组分，0.006-0.1％的碳，3.5-35％的铬，0.5-25％的镍，0.003-1％的稀土铈，1-7.5％的稀土钇，0.01-0.5％的稀土镧，和余量铁。2.根据权利要求1所述的抗超声空化腐蚀的稀土改性铁素体，其特征在于，按质量百分比，包括以下组分，0.006-0.1％的碳，9-25％的铬，4-16％的镍，0.003-1％的稀土铈，1-7.5％的稀土钇，0.01-0.5％的稀土镧，和余量铁。3.根据权利要求1或2所述的抗超声空化腐蚀的稀土改性铁素体，其特征在于，按质量百分比，还包括0.1-...

【专利技术属性】
技术研发人员：石建荣，李巨晃，石钊衡，
申请(专利权)人：石建荣，
类型：发明
国别省市：广东,44