具有改善的耐腐蚀性的钛制品制造技术

一种耐腐性通过将铂族金属或铂族金属合金直接或间接附着或结合到制品的小部分面积上而得到改善的钛制品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种钛制品，其中通过直接整体引入铂族金属或它们的合金或者间接地附着在所述制品的小部分表面上来实现耐腐蚀性的改善。
技术介绍
活性金属钛依赖于表面氧化物膜的形成及其稳定性来抵抗腐蚀。在稳定的条件下，钛能够表现出显著的耐腐蚀性。然而，反之亦真，即一旦该膜失去稳定性，结果将是极高的腐蚀速率。这些不稳定的条件一般在pH范围的两个极端。强酸或强碱溶液能在钛氧化物膜中产生不稳定性。通常，根据现有技术的实践，当在氧化物膜的稳定性不确定的领域内使用钛时，可向钛中加入合金元素以提高氧化物膜的稳定性，因而提高其在极端pH值下的有效使用。此实践已经证明，对于pH范围的酸端是极其有效的。几种合金元素在这一方面已取得成功，诸如钼、镍、钽、铌和稀有金属。在这组金属中，铂族金属(PGM)对抗腐蚀无疑提供最有效的保护。铂族金属是铂、钯、钌、铑、铱和锇。Stern等在1959年于一篇题为“The influence of Noble Metal AlloyAdditions on the Electrochemical and Corrosion Behavior of Titanium”的论文中论证了这一点。他们发现添加0.15％Pd或Pt合金就能大大地提高钛上的氧化物膜的稳定性，从而提高其在热还原酸介质中的耐腐蚀性。因此，多年以来，ASTM 7级钛(Ti-.15Pd)是用在强腐蚀条件下的标准材料，未合金化的钛在此强腐蚀条件下遭受腐蚀。最近，ASTM 16级(Ti-.05Pd)和26级(Ti-.1Ru)已直接用作7级的替代品，因为它们更经济，并提供与7级相近的耐腐蚀水平。因而，它们往往被认为在腐蚀强度稍弱的应用中是等同的。由铂族金属加入钛提供保护的机理是提高阴极去极化。铂族金属在酸介质中提供低得多的氢过电压，从而提高了电化学反应阴极部分的动力学。动力学的提高表现为阴极半反应斜率的改变，导致钛有更难腐蚀的腐蚀电位。钛的活性/惰性阳极行为使腐蚀电位(极化)发生较小的位移，就使腐蚀速率有较大的改变。关于钛极化行为的现有工作是由Stern和Wissenberg在1959年完成的。在该项工作中，将钛与其它金属电耦合，观察在硫酸介质中对钛的腐蚀速率的影响。研究者发现钛与铂耦合能够使腐蚀速率降低最高达100倍，如同本专利技术中所见。但是，他们没有将铂直接附着于钛上，因而没有实现本专利技术中所见的非凡益处。Stern和Wissenberg为了使腐蚀降低100倍，他们发现铂的表面积必须是钛的面积的4倍。因此，它们的表面积比Ti/PGM为1/4。事实上，Ti/PGM表面积比为35/1时，作者发现无论如何也无法从铂耦合中获得益处。就成本而论，毫无疑问这是不利的，因而，据设想，研究者随即使用合金化作为提高环境表现的手段，如美国专利第30363835中所揭示的。在本专利技术中，使用直接或间接附着或整体结合的实践，在所有Ti/PGM的表面积比例下，即使是在比Stern和Wissenberg所提出的比例大数千倍的比例下，都可以观察到腐蚀速率下降了100倍。尽管上述现有技术的实践对于提高在强腐蚀条件下钛的耐腐蚀性是有效的，但是稀有金属的合金化加入，特别是铂族金属的合金化加入还是非常昂贵的。
技术实现思路
本专利技术提供一种成本比较低且易于应用的方法来提高钛在承受剧烈腐蚀应用时的耐腐蚀性，取代体合金化，因此与上述现有技术相比在这一方面更有优势。依据本专利技术，已确定，将少量的铂族金属(PGM)或其合金简单直接或间接施涂或整体结合到钛表面上，就能保护大面积的钛表面。PGM或其合金并不特意与钛合金化，而是通过电镀、电阻焊接、熔焊接、机械附着或气相沉积来实现直接或间接附着或整体结合到钛制品的小部分表面上。依据本专利技术，耐腐蚀性得到改善的钛制品包括在其小部分表面上直接或间接附着或整体结合着铂族金属或它们的合金的钛基材，其中铂族金属或它们的合金以有效地使该制品比未附着或未整体结合的制品表现出更好的耐腐蚀性的量存在。PGM附着或整体结合的表面积少于所要保护的制品表面积的1％(0除外)。依据本专利技术，制品表面积对附着或整体结合的表面积的比率可大于10至10000或大于50至10000。尽管任何期望的方法可用来进行直接或间接附着，但优选的方法包括电镀、电阻焊接、熔焊接、机械固定和气相沉积。PGM或其合金也可以整体结合到钛制品中，成为该制品的一部分。这可以通过任何方法来实现，包括但不限于，焊接一贴花到制品中去而使它成为所述制品的一部分、在制品的制造过程之中用PGM或其合金作为焊接填充物或之后作为添加物或者修补或者增强已存在的制品、或用PGM或其合金作为预制组分而后附着到制品上。优选的PGM是铂，优选的PGM合金是含有0.3％-15％Pd或0.3％至15％Pt的合金。当用作2级钛(参见表3)上的贴花时，7级钛(0.15％Pd)的PGM含量不足以提供任何优点。用在本专利技术实践中的有效的铂族合金可包括Ti-0.3％至15％Pd或Pt或1％Pd或Pt。具体实施例方式在本专利技术的实验工作中，按各种表面积比例进行了一般的腐蚀性测试，得到了非常好的结果。在相当大的距离外观察到了极化效应(腐蚀电位的改变)。如表1和表2中所示，在基材表面积对贴花表面积的比例高达5000的情况下，本专利技术的方法在沸HCl中比16级或26级效果更好。表3显示了作为钛2级基材上的焊接线结合Ti-PGM的有效性。表1-盐酸中的腐蚀速率 注1-PGM电镀在表面上2-PGM以薄片的形式电阻焊在表面上表2-PGM合金贴花在盐酸中的腐蚀速率 表3-PGM合金焊接线结合在HCl中的腐蚀速率 同样，腐蚀速率在氧化性酸中也能有所下降。这显示在表4中，在浓硝酸中的情况。在此示例中，具有Pt贴花的Ti实际上比文献记载的级7的速率要低。表4-硝酸中的腐蚀速率 从裂缝腐蚀性测试中也可以确定，在裂缝中的钛金属可通过将PGM贴花施用到裂缝外的钛基材上来有效地进行保护，如表5中所示。结果再一次证实带有PGM贴花的2级钛与7级钛表现出相当的腐蚀行为。表5-裂缝腐蚀结果 只要附着或结合是直接或间接附着在钛基材上，PGM或其合金的施用方法不影响性能。这一效应对于不同的PGM金属如铂、钯和铑都可以观察得到。取决于腐蚀的介质的不同，保护的程度的确会随着铂族金属及其合金的不同而变化；但是，在所有的情形中都可以得到明显的耐腐蚀性。用几种方法对PGM贴花的极化效应的强度进行测试。使用不同的Ti/PGM面积比例在沸酸中进行相同的测试。另外，也研究了面积比例相同，但钛测试片的最远边与贴花之间的距离各不相同的试样。作为示例，比例定为250/1；但是，一组试片的长度是第二组试片的两倍。因而，PGM贴花必须保护(极化)的距离翻倍。这种距离上的差异对于测试片的保护性极化没有影响。在两种示例中，贴花只施用在测试片的单面上；但是，极化效应不因从测试样的一个面上到另一个面上而受损。从上述的实验工作中可见，在热还原性酸的环境下，带有贴花或结合了东西的钛试样的腐蚀表现出与ASTM 7级(Ti-.15Pd)一样。本专利技术与常规的方法相比的成本效益是巨大的。具体地，若表面积比例只有500/1，在钛的厚度为0.125英寸的情况下使用PGM贴花的所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐腐蚀性得到改善的钛制品，包括在其小部分表面上具有直接或间接附着物、或包括铂族金属或铂族金属合金的整体结合物的钛基材，所述附着物包含铂族金属或铂族金属合金，其中铂族金属所占面积小于要保护的表面积的１％（０除外），或者对于铂族金属合金为任意的小部分表面积，由此所述制品比没有所述附着物或整体结合物的制品表现出更高的耐腐蚀性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：JS格劳曼，JG米勒，RE亚当斯，
申请(专利权)人：钛金属公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]