一种提高Ti3AlC2、Ti2AlC及其复合材料抗熔融盐腐蚀方法

摘要

本发明涉及一种抗熔融盐腐蚀技术，具体为一种提高Ti3AlC2、Ti2AlC及其复合材料抗熔融盐腐蚀方法，将所述材料置于氧化性气氛进行表面改性，处理温度为950～1280℃，处理时间为0.5～4小时。本发明在950～1280℃含氧气氛中表面改性处理后的Ti3AlC2、Ti2AlC和Ti3AlC2/Ti2AlC复合材料在表面生成了致密并且与基体结合良好的氧化层，经高温表面改性后抗熔融盐腐蚀性得到大幅度提高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗熔融盐腐蚀技术，具体为一种提高Ti₃AlC₂、Ti₂AlC及其复合材料抗熔融盐腐蚀方法。

背景技术

Ti₃AlC₂、Ti₂AlC是新型的三元层状化合物，它们既具有陶瓷材料的诸多优点，如高熔点，高模量、高强度和低密度等；又具有金属材料的一些特性，如高导电率，高导热率，对破坏有较强抵抗力和可机械加工等。因此，Ti₃AlC₂、Ti₂AlC和Ti₃AlC₂/Ti₂AlC复合材料是很有希望应用在航空、航天、核工业和电子信息等高技术领域的一种新型结构/功能一体化材料，尤其适合于作为高温结构材料。作为高温结构材料，要经常受到高温氧化和热腐蚀的考验，Ti₃AlC₂和Ti₂AlC在高温氧化时能够生成保护性的氧化膜而具有很好的高温抗氧化性，热腐蚀是一种比氧化更剧烈的使材料性能退化的方式，研究表明Ti₃AlC₂、Ti₂AlC和Ti₃AlC₂/Ti₂AlC复合材料在熔融盐中(如Na₂SO₄、K₂SO₄、NaCl等)遭受到严重的热腐蚀。

虽然Ti₃AlC₂和Ti₂AlC具有很好的高温强度(Acta Mater.，Vol.50，3141-3149，2002；Mater.Res.Innovat.Vol.5，87-93，2001.)，并且具有优良的高温抗氧化性(KeyEng.Mater.Vol.224-226，785-790，2002；Corros.Sci.Vol.45，891-907，2003.)，这些性质使得它们很有希望作为高温结构材料来使用，实验结果表明Ti₃AlC₂、Ti₂AlC和Ti₃AlC₂/Ti₂AlC复合材料在熔融盐中(如Na₂SO₄、K₂SO₄、NaCl等)遭受到严重的热腐蚀，在Ti₃AlC₂、Ti₂AlC和Ti₃AlC₂/Ti₂AlC复合材料的实际应用中，必须改善或克服它们在熔融盐中抗热腐蚀不好的缺点。

发明内容

本发明提供了一种通过在高温处理进行表面改性大幅度提高Ti₃AlC₂、Ti₂AlC和Ti₃AlC₂/Ti₂AlC复合材料在熔融盐中抗腐蚀的方法。

本发明的技术方案是：一种提高Ti₃AlC₂、Ti₂AlC及其复合材料抗熔融盐腐蚀方法，将所述材料置于氧化性气氛进行表面改性，处理温度为950～1280℃，处理时间为0.5～4小时。

所述处理温度可以为950～980℃，处理时间可以为0.5～2小时。

所述氧化性气氛为静止或流动的空气或氧气或稀释的氧气。

所述氧气分压为10^-4～1.0大气压。

所述熔融盐为Na₂SO₄、K₂SO₄或NaCl。

本发明的有益效果是：

1.与热喷涂、溅射等表面处理方法不同，本发明在950～1280℃含氧气氛中表面改性处理后的Ti₃AlC₂、Ti₂AlC和Ti₃AlC₂/Ti₂AlC复合材料在表面生成了致密并且与基体结合良好的氧化层，与未经过表面改性处理的样品相比，经高温表面改性后抗熔融盐腐蚀性得到大幅度提高。

2.本发明方法简单，在空气等含氧气氛中进行表面改性，不需要热喷涂仪、溅射仪等复杂设备以及保护性气氛。

3.本发明表面改性处理温度在950～1280℃之间，表面改性时间控制在0.5～4小时，可根据实际需要通过优化处理温度和时间来精确控制表面改性层的质量和厚度。

附图说明

图1为实施例1在980℃空气中表面改性2小时后的样品表面扫描电镜图。

图2为实施例1和未经表面改性处理的抗腐蚀动力学曲线。

图3为未经表面改性处理的样品腐蚀后的断面扫描电镜图。

图4为未经表面改性处理的样品腐蚀后的断面扫描电镜图。

图5为实施例3在950℃稀释的氧气中表面改性0.5小时后样品断面扫描电镜图。

具体实施方式

实施例1

把抛光后的Ti₃AlC₂块体多晶材料在980℃静止空气中表面处理2小时，表面改性后在基体上生成了致密氧化膜(见图1)。表面改性后抗熔融Na₂SO₄腐蚀性的效果用热天平测得的腐蚀增重与暴露时间的关系来评价，与未经表面改性处理的样品相比，在980℃空气中表面改性两小时后的样品在空气气氛下900℃熔融Na₂SO₄中腐蚀20小时没有增重(见图2)，这说明在980℃空气表面改性处理后的样品具有优异的抗熔融Na₂SO₄腐蚀性；未经预氧化处理的样品在空气气氛下900℃熔融Na₂SO₄中腐蚀20小时后单位面积增重23.5mg/cm²，腐蚀层很厚，约为250μm(见图3)，而经过表面改性处理后的样品的腐蚀层与未腐蚀几乎没有区别。

实施例2

把抛光后的Ti₂AlC放置在温度控制在1160℃的管式炉中，通入流动的空气1小时，与未经表面改性处理的样品相比，在1160℃空气中表面改性处理后的样品在空气气氛下900℃熔融NaCl中腐蚀20小时没有增重，这说明在1160℃流动空气中表面改性后生成的保护性氧化膜避免了Ti₂AlC与熔融NaCl的反应。

实施例3

把抛光后的Ti₃AlC₂/Ti₂AlC复合材料在950℃稀释的氧气中表面处理0.5小时，氧气分压为0.1大气压，表面改性后在基体上生成了致密氧化膜，表面改性后抗熔融K₂SO₄腐蚀性得到大幅度提高，在950℃稀释的氧气中表面改性处理0.5小时后的样品在空气气氛下1000℃熔融K₂SO₄腐蚀20中小时没有增重，这说明在950℃氧气表面改性处理后的样品具有优异的抗熔融K₂SO₄腐蚀性；未经表面改性处理的样品在空气气氛下1000℃熔融K₂SO₄腐蚀20小时后，腐蚀层很厚，约为500μm(见图4)，而经过表面改性处理后的样品的腐蚀层与未腐蚀前几乎没有区别(见图5)。

本发明中Ti₃AlC₂块体材料可以按照专利申请(申请号为00123203.7)描述的方法制备，Ti₂AlC块体多晶材料可以按照专利(专利号为00114842.7)描述的方法制备。