一种含Ｃｕ的Ｆｅ－Ｎｉ不锈钢合金制造技术

一种含Ｃｕ的Ｆｅ－Ｎｉ不锈钢合金，属于新材料技术领域。其特征在于：它包括Ｆｅ、Ｎｉ和Ｃｕ元素，其合金成分的重量百分比为Ｆｅ－（３０．０－４８．０％）Ｎｉ－（２．０－４．３％）Ｃｕ。材料性能指标为：合金硬度Ｈｖ＝１．２６～１．４０ＧＰａ；腐蚀性能参数范围分别为：自腐蚀电位Ｅ＝－０．３８２～－０．２８８Ｖ，自腐蚀电流密度ｉ＝０．７２～１．１７μＡｃｍ－２，腐蚀速率Ｒ＝７．６３～１３．３７μｍ／年。本发明专利技术的效果和益处是：所提供的含Ｃｕ的Ｆｅ－Ｎｉ基合金具有稳定的单相ＦＣＣ结构、力学性能良好、抗耐海水腐蚀性能优良，是一类成本低廉的新型不锈钢合金，可广泛用于耐海水腐蚀的大型工程结构材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新材料
，涉及一种含铜的新型铁镍不锈钢，可用于海水的耐 腐蚀材料。
技术介绍
工业领域广泛应用的不锈钢按所含主要成分不同可以区分为Cr-Ni-Mn系列、 Cr-Ni系列、Cr系列、低Cr系列，目前不锈钢合金主要是通过大量的合金化方式来提高性 能，Fe元素的重量百分含量处于50-70%之间，价格昂贵的合金化元素如Cr、Ni、Mo、Mn、Nb、 V、Ti、Cu重量百分含量之和达到了 30-50%，大大提高了不锈钢的生产成本。研究表明Cu、 Ni在不锈钢中都是影响合金腐蚀电位强烈正移的元素，但是Fe-Ni合金材料一直被应用于 功能材料领域，含Cu的Fe-Ni结构材料用不锈钢合金还未见报道。从元素对结构的影响角度而言，Ni、Cu在铁基合金中均是稳定、-Fe FCC结构的 组元，形成稳定的Y-Fe FCC结构时Ni的原子百分含量需要达到31%;从合金材料性能角 度而言，Ni、Cu是海水中不锈钢自腐蚀电位强烈正移的元素；从热力学角度而言，Fe、Ni的 混合焓为负，在合金中容易形成近邻结构，Ni、Cu混合焓为正，但比较小，在合金中可以形成 近邻结构，Fe、Cu混合焓为正，比较大，在合金中不会形成近邻结构，Cu的含量控制不当，容 易造成偏析，乃至相的分离，从而破坏不锈钢基体的单一 FCC相组成，形成多相合金，在材 料服役过程中，不同的相在海水中自腐蚀电位存在差异，必定形成大量的原电池，加速其在 海水中的腐蚀速度。所以在海水中具有良好的耐蚀性、单相Y-Fe FCC结构的不锈钢，必须 保证Ni元素的含量，从而保证并提高Cu的含量，并且Ni、Cu含量之间要保持合适的比例。 本专利技术就是通过适当提高附的含量，从而提高Cu含量，最终提高不锈钢合金中Ni、Cu总体 含量，最终达到提高不锈钢的耐腐蚀性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种成本相对较低、结构较稳定、塑性较好、耐海水腐蚀能力 较强的新型不锈钢合金材料，解决现有海水用不锈钢合金材料技术存在的保证了高耐蚀性 能的前提下，贵重合金化组元的含量高，生产成本较高的不足。本专利技术采用的技术方案是包括Fe、Ni和Cu元素，其合金成分的重量百分比为 Fe-(30. 0-48. 0% )Ni-(2. 0-4. 3% )Cu。实现上述技术方案的构思是利用专利技术人的“团簇+连接原子”结构模型来设计 Fe-Ni-Cu合金成分。“团簇+连接原子”结构模型可将固溶体结构看作由团簇和连接原子 两部分构成，并能给出成分式(连接原子)x。在铁FCC结构合金中，团簇以部 分溶质原子附为心，12个Fe原子占据第一壳层形成的CN12多面体团簇，溶质原子Cu和部 分原子M为连接原子。溶质占据团簇心部还是作为连接原子取决于溶质元素与Fe元素之 间的交互作用，体现在混合焓大小。M与Fe具有较小负的混合焓，部分溶质原子M占据 团簇心部，剩余Ni原子可以作为连接原子，Cu与Fe混合焓为正，作为连接原子。因此，在3Fe-Ni-Cu体系中，由于Ni与Fe具有负的混合焓，定义Ni占据团簇中心位置；Cu与Fe具有 较大的正混合焓，定义Cu作为连接原子；为了保证Cu溶于Fe合金中，用M原子替代部分 Cu原子，保证Fe、Cu分离。由此给定的团簇成分式为[NiFeJKiiYNinh，根据此成分式设 计合金成分，然后转化成重量百分比。设计的原则是主要利用Ni在保证合金为单一 铁 FCC结构固溶体合金的基础上，提高Cu的含量，从而提高合金中Ni、Cu的含量，使不锈钢具 有良好的耐海水腐蚀性能。本专利技术的成分合金采用高纯度组元元素按重量百分比合金成分进行配比；然后利 用非自耗电弧熔炼炉在Ar气保护下对配比的混合物进行多次熔炼，以得到成分均勻的合 金锭，然后利用铜模吸铸快冷工艺将合金锭制备成直径为6mm的合金棒，并在1050°C高温 下保温4小时，然后进行水淬处理，作为试验用样品；利用XRD(CuKa辐射，入=0. 15406nm) 与TEM检测合金结构；用维氏硬度计进行了硬度测试；最后模拟海水高Cr(3. 5wt. % NaCl)环境在室温下利用电化学工作站进行合金材料的耐蚀性能评价，由此确定出本发 明中合金具有耐海水腐蚀能力的高低。含Cu的铁合金成分为Fe-(30. 0-48.0% ) Ni-(2. 0-4.3% )Cu(重量百分比)，材料性能指标为合金硬度Hv = 1.26- 1. 40GPa ；腐 蚀性能参数范围分别为自腐蚀电位E = -0. 382 -0. 288V，自腐蚀电流密度i = 0. 72 1. 17iiAcnT2，腐蚀速率 R = 7. 63 13. 37iim/年。本专利技术的效果和益处是所提供的含Cu的Fe-Ni基合金具有稳定的单相FCC结 构、力学性能良好、抗耐海水腐蚀性能优良，是一类成本低廉的新型不锈钢合金，可广泛用 于耐海水腐蚀的大型工程结构材料。具体实施例方式以下结合技术方案详细叙述本专利技术的具体实施方式。实施例lNi32.9Fe64.7Cu2.4 合金步骤一合金制备Ni32.9Fe64.7Cu2.4 合金，此成分源自团簇式 (Cu0.08Ni0.92) 5.2。Fe、Ni、Cu 纯金 属按照给定的合金重量百分比成分进行配料；将混合料放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内， 采用非自耗电弧熔炼法在氩气的保护下进行熔炼，如此反复熔炼7次，得到成分均勻的合 金锭；然后将熔炼均勻的合金锭最后熔化，并利用铜模吸铸工艺将熔体吸入圆柱形铜模型 腔中，得到直径为6mm的棒材；并在1050°C高温下保温4小时，然后进行水淬处理。步骤二 合金结构和性能测试利用XRD与TEM检测合金结构，确定为单一 FCC Y -铁固溶体结构；用维氏硬度计 进行了硬度测试，合金硬度Hv = 1. 26GPa ；模拟海水高Cl_(3. 5wt. % NaCl)环境在室温下 利用电化学工作站进行合金材料的耐蚀性能评价，其腐蚀性能参数范围分别为自腐蚀电 位E = -0. 363V，自腐蚀电流密度i = 0. 87 ii AcnT2，腐蚀速率R = 9. 88 y m/年。实施例2Ni36.2Fe61.0Cu2.8 合金步骤一合金制备Ni36.2Fe61.QCu2.8合金，此成分源自团簇式 ((^.。…、。^。同实施例一中的 步骤"‘ o步骤二 合金结构和性能测试利用XRD与TEM检测合金结构，确定为单一 FCC Y -铁固溶体结构；用维氏硬度计 进行了硬度测试，合金硬度Hv = 1. 28GPa ；模拟海水高Cl_(3. 5wt. % NaCl)环境在室温下 利用电化学工作站进行合金材料的耐蚀性能评价，其腐蚀性能参数范围分别为自腐蚀电 位E = -0. 316V,自腐蚀电流密度i = 0. 99iiAcnT2，腐蚀速率R = 11. 48 ym/年。实施例3Fe55.。Ni41.7Cu3.3 合金步骤一合金制备Fe55.QNi41.7Cu3.3 合金，此成分源自团簇式 (Cu0.08Ni0.92)8.lo 同实施例一中的 步骤"‘ o步骤二 合金结构和性能测试利用XRD与TEM检测合金结构，确定为单一 FCC 铁固溶体结构；用维氏硬度计 进行了硬度测试，合金硬度Hv = 1. 31GPa ；模拟海水高Cl_(3. 5wt. % NaC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含Ｃｕ的Ｆｅ－Ｎｉ不锈钢合金，其特征在于：它包括Ｆｅ、Ｎｉ和Ｃｕ元素，其合金成分的重量百分比为Ｆｅ－（３０．０－４８．０％）Ｎｉ－（２．０－４．３％）Ｃｕ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董闯，王清，李宝增，王英敏，羌建兵，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：91[中国|大连]