一种碳纤维增强合金复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于金属材料领域，尤其涉及一种碳纤维增强合金复合材料及其制备方法。本发明专利技术提供了一种碳纤维增强合金复合材料，所述碳纤维增强合金复合材料以合金为基体，以碳纤维为增强体制备而成；所述合金包括：以质量百分比计，Cr：0.95％～1.15％、Al：0.5％～2％、Ni：22％～28％、C：0.02％～0.08％、Ti：0.2％～0.8％和Nb：0.2％～0.8％；其余为铁。高温腐蚀动力学试验及高温氧化动力学试验表明，本发明专利技术碳纤维增强合金复合材料在腐蚀试验中增重变化量主要集中在1.3～2.9mg/cm2的范围内，本发明专利技术碳纤维增强合金复合材料具有明显优于TP316等商品金属材料的耐高温氯化钾腐蚀性能。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维增强合金复合材料及其制备方法
本专利技术属于金属材料领域，尤其涉及一种碳纤维增强合金复合材料及其制备方法。
技术介绍
可再生、无污染的生物质燃料，是未来绿色可再生能源的发展方向之一，具有广阔的发展前景。与燃煤发电相比，生物质燃烧发电对电站锅炉过热管等设备的耐腐蚀性能要求较高，即要求具有耐钾、氯、盐类及碱性物质高温腐蚀的能力。目前国内锅炉过热器管材常用的合金材料为TP91、304不锈钢等，T91的应用场合有高再出口集箱、过热器出口安全阀管段、高过管、屏过管、高再管和高过出口导管；15CrMo的应用场合有后墙水冷壁吊挂管、低过二级管组、低过三级管组、顶棚过热器管、低再二级管组和低再三级管组；SUS316的应用场合有高过管、屏过管、高再管、高过出口导管。TP91成分为0.1C-9Cr-1Mo，组织结构为回火马氏体组织，具有良好的综合力学性能和高温力学性能。C、Cr及Mo元素组成的化合物具有良好的高温稳定性，保证了长期使用条件下的力学性能稳定。304不锈钢的18％含量的Cr元素提高了其耐蚀电位，对比TP91具有良好的耐蚀性能。TP91和304不锈钢两种合金都具有良好的成型性能和焊接性能。TP91等合金适用于常见火电使用条件，具有良好的工艺特性和使用寿命。对于秸秆燃烧等生物质发电条件，由于燃烧气氛中含有K+、Na+、Cl-等离子及其盐类，火电用锅炉过热器管材很快结垢并被腐蚀和氧化，使用寿命比较短。在高温和含有K+、Na+、Cl-等离子和水气等条件下，上述合金表层的氧化物、碳化物的保护作用有限。国外锅炉过热器管材使用的材料除了上述合金外，还有高合金含量的HR3C等耐热钢。HR3C的成分为25Cr-20Ni-Nb-N，由于具有高Cr、高Ni含量，其耐蚀和耐氧化性能优异，用于生物质电站管材方面也具有良好的使用性能。这种合金为奥氏体结构的合金，由于含有大量的Ni元素，其价格比较高，管材加工有一定难度，另外由于材料中含有N元素，管材焊接焊缝容易出现气孔等缺陷。对于HR3C合金，其组织为奥氏体，因高含量Cr和高含量Ni的存在，其常规的高温耐蚀性能、高温抗氧化性能以及高温耐K+、Na+、Cl-等离子腐蚀性能都很高。我国燃煤灰烬中碱金属硫化物含量较高。对于秸秆类生物质燃烧的灰烬，由于秸秆在生长过程中吸收了大量的矿物质、盐类等，灰烬中含有大量的碱金属氯化物，燃烧气氛中含有氯气、氯化氢气体等，与过热器管材接触发生腐蚀作用，夺取了氧化物保护膜中的氧，腐蚀产物为含铁的低熔点氯化物、含铁的低熔点硫化物，使腐蚀持续发生。
技术实现思路
本专利技术提供了一种碳纤维增强合金复合材料及其制备方法，用于解决目前锅炉过热器管材材料的高温耐腐蚀性能和耐氧化性能不能满足我国生物质电站管材的问题。具体技术方案如下：一种碳纤维增强合金复合材料，所述碳纤维增强合金复合材料以合金为基体，以碳纤维为增强体制备而成；所述合金包括：以质量百分比计Cr：0.95％～1.15％、Al：0.5％～2％、Ni：22％～28％、C：0.02％～0.08％、Ti：0.2％～0.8％和Nb：0.2％～0.8％；其余为铁。优选的，所述合金还包括：以质量百分比计，Mo：0.1％～0.3％、Si3N4：0.1％～0.5％、Co：0.01％～0.05％、Cu：0.01％～0.05％和Si：0.005％～0.02％。优选的，所述合金还包括：稀土元素。优选的，所述稀土元素为Nd、La、Pr、Y和V的一种或多种。优选的，所述稀土元素为Nd、La、Pr、Y和V。优选的，所述稀土元素包括：以质量百分比计，Nd：0.02％～0.08％、La：0.0005％～0.002％、Pr：0.002％～0.008％、Y：0.02％～0.08％和V：0.02％～0.08％。本专利技术还提供一种上述技术方案所述碳纤维增强合金复合材料的制备方法，包括：a)将所述合金真空熔炼，得到熔液；b)往所述熔液中热挤压加入所述碳纤维，得到所述碳纤维增强合金复合材料。优选的，步骤a)所述真空熔炼的温度为1100～1600℃；步骤a)所述真空熔炼的真空度为40～60Pa。优选的，以质量百分比计，所述碳纤维的质量为所述碳纤维增强合金复合材料的0.02％～0.08％。本专利技术还提供上述技术方案所述碳纤维增强合金复合材料或上述技术方案所述制备方法制备的碳纤维增强合金复合材料在制备高温耐腐蚀和耐氧化管材的应用。综上所述，本专利技术提供了一种碳纤维增强合金复合材料，所述碳纤维增强合金复合材料以合金为基体，以碳纤维为增强体制备而成；所述合金包括：以质量百分比计，Cr：0.95％～1.15％、Al：0.5％～2％、Ni：22％～28％、C：0.02％～0.08％、Ti：0.2％～0.8％和Nb：0.2％～0.8％；其余为铁。高温腐蚀动力学试验及高温氧化动力学试验表明，本专利技术碳纤维增强合金复合材料在腐蚀试验中增重变化量主要集中在1.3～2.9mg/cm2的范围内，本专利技术碳纤维增强合金复合材料具有明显优于TP316等商品金属材料的耐高温氯化钾腐蚀性能。与304、HR3C等奥氏体合金相比，本专利技术碳纤维增强合金复合材料具有更好的导热性能、更低的热膨胀系数，以及优良的强度、韧性性能。在组织方面，本专利技术碳纤维增强合金复合材料晶粒比较细小，为单一铁素体组织，具有良好的加工性能，Nb、Ti对本专利技术碳纤维增强合金复合材料的组织细化和耐蚀性能提高具有良好影响。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本专利技术实施例1制备的碳纤维增强合金复合材料的金相显微图；图2为本专利技术实施例1制备的碳纤维增强合金复合材料的高温氧化动力学曲线图；图3为本专利技术实施例1制备的碳纤维增强合金复合材料的高温腐蚀动力学曲线图；图4为本专利技术实施例1制备的碳纤维增强合金复合材料进行700℃高温腐蚀试验后的SEM表征图片(标尺为200μm)；图5为本专利技术实施例1制备的碳纤维增强合金复合材料进行700℃高温腐蚀试验后的SEM表征图片(标尺为20μm)；图6为本专利技术实施例1制备的碳纤维增强合金复合材料进行700℃高温腐蚀试验后的SEM表征图片(标尺为10μm)；图7为本专利技术实施例1制备的碳纤维增强合金复合材料的高温腐蚀动力学柱状图；图8为为实施例1制备的碳纤维增强合金复合材料的能谱图。具体实施方式本专利技术提供了一种碳纤维增强合金复合材料及其制备方法，用于解决目前锅炉过热器管材材料的高温耐腐蚀性能和耐氧化性能不能满足我国生物质电站管材的问题。下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一种碳纤维增强合金复合材料，碳纤维增强合金复合材料以合金为基体，以碳纤维为增强体制备而成；合金包括：以质量百分比计，Cr：0.95％～1.15％、Al：0.5％～2％、Ni：22％～28％、C：0.02％～0.08％、Ti：0.2％～0.8％和Nb：0.2％～0.8％；其余为铁。高温腐蚀动力学试验及高温氧化动力学试验表明，本专利技术碳纤维增强合金复合材料在腐蚀试本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维增强合金复合材料，其特征在于，所述碳纤维增强合金复合材料以合金为基体，以碳纤维为增强体制备而成；所述合金包括：以质量百分比计，Cr：0.95％～1.15％、Al：0.5％～2％、Ni：22％～28％、C：0.02％～0.08％、Ti：0.2％～0.8％和Nb：0.2％～0.8％；其余为铁。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强合金复合材料，其特征在于，所述碳纤维增强合金复合材料以合金为基体，以碳纤维为增强体制备而成；所述合金包括：以质量百分比计，Cr：0.95％～1.15％、Al：0.5％～2％、Ni：22％～28％、C：0.02％～0.08％、Ti：0.2％～0.8％和Nb：0.2％～0.8％；其余为铁。2.根据权利要求1所述的碳纤维增强合金复合材料，其特征在于，所述合金还包括：以质量百分比计，Mo：0.1％～0.3％、Si3N4：0.1％～0.5％、Co：0.01％～0.05％、Cu：0.01％～0.05％和Si：0.005％～0.02％。3.根据权利要求2所述的碳纤维增强合金复合材料，其特征在于，所述合金还包括：稀土元素。4.根据权利要求3所述的碳纤维增强合金复合材料，其特征在于，所述稀土元素为Nd、La、Pr、Y和V的一种或多种。5.根据权利要求4所述的碳纤维增强合金复合材料，其特征在于，所述稀土元素为Nd、La、Pr、Y和V。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宏亮，陈天生，范圣平，陈刚，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东电科院能源技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东,44