專利名稱：包括載荷承受部分和抗腐蝕部分的金屬?gòu)?fù)合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括載荷承受部分和抗腐蝕部分的復(fù)合材料。
技術(shù)背景所述復(fù)合材料特別應(yīng)用于復(fù)合管或管道。國(guó)際公開(kāi)說(shuō)明書(shū)WO2005/021255描述了一種具有變化結(jié)構(gòu)的復(fù)合管以及涉及不同類型 腐蝕的問(wèn)題，這種復(fù)合管可以用在不同類型的工業(yè)當(dāng)中，比如石油化 工工業(yè)。根據(jù)該國(guó)際申請(qǐng)，具有抗腐蝕部分和載荷承受部分的復(fù)合管解決 了這個(gè)問(wèn)題?？垢g部分由壁厚至少為0.5mm的銅-鋁合金組成。載荷 承受部分由壁厚至少為lmm的鐵基、鎳基或鈷基合金組成。具有這種 特性的復(fù)合管能夠通過(guò)傳統(tǒng)方法生產(chǎn)出來(lái)，例如擠壓成型、旋轉(zhuǎn)成型 以及焊接等等。這種復(fù)合管被使用在受到嚴(yán)重腐蝕威脅的環(huán)境中，比 如在所謂的金屬粉塵、碳化作用或者重復(fù)滲碳工藝中。然而，這種復(fù)合管在一段時(shí)間后就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。 一個(gè)問(wèn)題是這種 管抗腐蝕能力會(huì)削弱，并且載荷承受部分的機(jī)械強(qiáng)度也會(huì)削弱。另一 個(gè)問(wèn)題是所述兩個(gè)部分之間的結(jié)合會(huì)隨著時(shí)間而削弱。發(fā)明內(nèi)容這些問(wèn)題通過(guò)本發(fā)明能夠得以解決。但是，本發(fā)明涉及一種復(fù)合 材料，該復(fù)合材料能用于除了所述環(huán)境中的管子之外的其它應(yīng)用中。 因此，本發(fā)明不局限于復(fù)合管，而是能夠應(yīng)用在平板產(chǎn)品或者一些其 它構(gòu)造的產(chǎn)品上。本發(fā)明由此涉及一種復(fù)合材料，其用于在腐蝕性環(huán)境中使用的部 件并且包括抗腐蝕部分和載荷承受部分，其中所述部分被設(shè)置成彼此 相鄰近，其中抗腐蝕部分是銅-鋁合金(Cll/Al)，以及其中載荷承受部分是鐵基(Fe)、鎳基(Ni)或者鈷基(Co)合金。本發(fā)明特征在于 抗腐蝕部分和載荷承受部分之間設(shè)置有擴(kuò)散阻擋層，并且該擴(kuò)散阻擋 層包括以下物質(zhì)中的一種鉻(Cr)，或鐵(Fe)，或具有合金化物 質(zhì)鉻(Cr)或碳(C)的鐵(Fe)。


下面參考附圖所示的本發(fā)明實(shí)施例來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明，其中 圖l顯示了筒或管的形式的本發(fā)明的復(fù)合材料； 圖2顯示了平板元件的形式的本發(fā)明的復(fù)合材料； 圖3和圖4各包括一圖表。具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料，其用于在腐蝕性環(huán)境中使用的部件， 所述材料包括抗腐蝕部分和載荷承受部分，其中所述部分被設(shè)置成彼 此相鄰近。抗腐蝕部分由銅-鋁合金組成以及載荷承受部分是鐵基、鎳 基或者鈷基合金。根據(jù)本發(fā)明，抗腐蝕部分和載荷承受部分之間設(shè)置有擴(kuò)散阻擋層 (diffusion barrier)，其中該擴(kuò)散阻擋層包括以下物質(zhì)中的一種鉻 (Cr),或鐵(Fe)，或包含合金化物質(zhì)鉻(Cr)或碳(C)的鐵(Fe)。擴(kuò)散阻擋層由此主要由純鐵或者主要由純鉻所構(gòu)成。此外，擴(kuò)散 阻擋層可包含具有鉻或者碳作為合金化物質(zhì)的鐵。下面描述擴(kuò)散阻擋層包含具有鉻或者碳作為合金化物質(zhì)的鐵的情況。圖1顯示了管4的形式的本發(fā)明的復(fù)合材料。圖2顯示了平板件的形 式的本發(fā)明的復(fù)合材料。附圖并非依照任何特定比例而顯示。在兩個(gè)附圖中，標(biāo)號(hào)l代表材料的抗腐蝕部分，標(biāo)號(hào)2代表材料的 載荷承受部分，標(biāo)號(hào)3代表擴(kuò)散阻擋層。然而，本發(fā)明并未限制在這些實(shí)施例中。相反，本發(fā)明能夠應(yīng)用于各種形狀并且能夠應(yīng)用在以下方式中即，使得任何所期望形狀或構(gòu)造的整個(gè)部件都能由本發(fā)明的材 料所形成。作為本發(fā)明的結(jié)果，在400-500'C以上溫度時(shí)，銅在材料的載荷承 受部分中的擴(kuò)散范圍被限制，否則這種擴(kuò)散會(huì)使載荷承受部分機(jī)械地 變?nèi)?。朝所述部分之間的結(jié)合區(qū)域內(nèi)的鋁和鎳的擴(kuò)散也受到限制，其 中易碎的結(jié)合物鎳和鋁會(huì)作為整體覆蓋層而被形成在結(jié)合區(qū)域中。在 沒(méi)有擴(kuò)散阻擋層的情況下，鉻在鎳、鋁中的溶解會(huì)導(dǎo)致易碎的富含鉻 的鐵素體從以鎳、鋁形成的載荷承受材料中分離出來(lái)，由此進(jìn)一步增 加了易碎性。此外，在沒(méi)有擴(kuò)散阻擋層的時(shí)候，鎳會(huì)擴(kuò)散到銅-鋁合金中，艮P， 擴(kuò)散到抗腐蝕部分中并且達(dá)到該部分的自由表面，于是削弱了抗腐蝕 特性。由此，根據(jù)本發(fā)明，鐵基合金被設(shè)置用作抗腐蝕銅-鋁合金和鐵/ 鎳/鉻合金之間的擴(kuò)散阻擋層，所述鐵/鎳/鉻合金含有載荷承受鎳/鈷物質(zhì)。擴(kuò)散阻擋層相對(duì)較薄。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，擴(kuò)散阻擋層厚度至少為10/zm。此外，擴(kuò)散阻擋層的厚度不會(huì)超過(guò)復(fù)合材料總體壁厚的大約25%?？傮w厚度盡管可以大到lm，但通常在l到10mm范圍內(nèi)。優(yōu)選地，擴(kuò)散 阻擋層的厚度不超過(guò)2-3mm，這是因?yàn)楦竦臄U(kuò)散阻擋層也不會(huì)獲得任 何附加效果。還優(yōu)選使得材料的抗腐蝕部分足夠厚以獲得其預(yù)期的目的以及所 期望的使用壽命。然而該厚度優(yōu)選不超過(guò)10mm。載荷承受部分的厚度由載荷承受部分的應(yīng)用中受到的應(yīng)力所決定。根據(jù)應(yīng)用，在溫度超過(guò)400-60(TC時(shí)，復(fù)合材料在所述環(huán)境下是必 需的，并且根據(jù)應(yīng)用，在溫度達(dá)到850-1000'C時(shí)，復(fù)合材料以描述的方 式發(fā)揮其功能。擴(kuò)散阻擋層的功能如下。銅在鐵中具有低溶解度，從而導(dǎo)致銅在 載荷承受部分中的更低擴(kuò)散。相對(duì)于鋁，獲得了邊緣防擴(kuò)散效應(yīng)。相對(duì)于合金化物質(zhì)鉻或碳，擴(kuò)散阻擋層將不包含絡(luò)和碳兩者。鉻導(dǎo)致銅在鐵中的低溶解度。此外，鉻使得擴(kuò)散阻擋層在給定的 較大溫度范圍內(nèi)含鐵。在鉻含量大于13%的情況下，合金可在任意溫度 下含鐵。相比于奧氏體鐵，鐵素體鐵熔解更少的銅。此外在含鐵材料中，鎳和鈷的溶解度被限制，其保持?jǐn)U散率下降。鉻降低了鎳的溶解度， 一部分是通過(guò)穩(wěn)定鐵素體，以使得其在較 高溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，以及一部分通過(guò)增加鉻的含量從而直接減小 鎳在鐵素體中的溶解度。鉻還能夠降低鋁的溶解度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，合金化物質(zhì)鉻的量處在1-30% (重 量)范圍內(nèi)。合金化物質(zhì)C意味著擴(kuò)散阻擋層能夠在給定的較高溫度范圍內(nèi)，大體在732'C之上，成為奧氏體。鋁在沒(méi)有鎳的奧氏體中具有低溶解度， 此外在奧氏體中的擴(kuò)散率也顯著低于在鐵素體中的擴(kuò)散率。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，合金化物質(zhì)碳以在所使用溫度下 鐵為奧氏體的數(shù)量下存在。奧氏體擴(kuò)散阻擋層所提供的一個(gè)好處是相比擴(kuò)散阻擋層為鐵素 體的情況，能導(dǎo)致在熱膨脹中更小的差異。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，抗腐蝕部分具有如下組成(以重量百分比)鋁2-20 硅〉0陽(yáng)6鐵+鎳+鈷+錳 0-20 稀土金屬0-3余量銅以及通常出現(xiàn)的合金化元素以及雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，載荷承受部分具有如下組分(以重 量百分比)鐵3-75% 鎳3-75% 鉻15-35%此外，也可包含其它合金化物質(zhì)。圖3和圖4顯示了擴(kuò)散的示例，圖3為鋁，圖4為銅，其中顯示了沒(méi)有以及含有擴(kuò)散阻擋層的情況。各個(gè)附圖中的上方圖線分別顯示了沒(méi) 有擴(kuò)散阻擋層時(shí)鋁和銅的含量，而另一個(gè)圖線顯示了增加擴(kuò)散阻擋層 之后的含量。圖3和圖4中所示曲線取自于沿著900/mi長(zhǎng)度的直線的EDX掃描 (能量彌散X射線光譜掃描)的結(jié)果。樣品在900。C溫度下退火 (anneal)200小時(shí)。垂線6顯示了兩種情況下左側(cè)的抗腐蝕部分與右側(cè)的載荷承受部 分之間的原始邊界表面。載荷承受部分在兩種情況下具有如下組分(以重量百分比)鎳60% 鉻30% 鐵10%這種混合物具有標(biāo)準(zhǔn)名稱UNS NO 6690?？垢g部分具有如下組分(以重量百分比)-鋁10.5% 鐵3.5% 硅0.04%銅剩余物還具有較少量的REM (稀土金屬)。擴(kuò)散阻擋層由純鐵組成。擴(kuò)散阻擋層的位置由矩形7標(biāo)記。圖3和圖4中明顯看到，擴(kuò)散阻擋層分別導(dǎo)致了鋁和銅的擴(kuò)散的顯著降低。盡管本發(fā)明通過(guò)參考多個(gè)示意性實(shí)施例而被描述，但可以理解的的附加合金化物質(zhì)。應(yīng)當(dāng)理解的是，由于在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)可以進(jìn)行改進(jìn)，因此 本發(fā)明并非限制在上述示意性實(shí)施例中。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料，用于腐蝕性環(huán)境下使用的部件，其中所述材料包括抗腐蝕部分(1)和載荷承受部分(2)，其中所述部分(1，2)被設(shè)置成彼此相鄰近，其中所述抗腐蝕部分是銅-鋁合金(Cu/Al)，并且其中所述載荷承受部分由鐵基(Fe)、鎳基(Ni)或者鈷基(Co)合金組成，其特征在于，在所述抗腐蝕部分(1)和所述載荷承受部分(2)之間設(shè)置有擴(kuò)散阻擋層(3)，并且該擴(kuò)散阻擋層(3)包含以下物質(zhì)中的一種物質(zhì)鉻(Cr)，或鐵(Fe)，或包含合金化物質(zhì)鉻(Cr)或碳(C)之一的鐵(Fe)。
2. 如權(quán)利要求l所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述擴(kuò)散阻擋層(3) 包含與合金化元素碳一起的鐵，其中碳的量使所述鐵在使用溫度 下將是奧氏體的。
3. 如權(quán)利要求l所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述擴(kuò)散阻擋層 (3)包含與鉻形成合金的鐵，其中所述鉻的重量百分比在1-30%的范圍內(nèi)。
4. 如權(quán)利要求1、 2或3所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述擴(kuò) 散阻擋層(3)的厚度至少為10/mi。
5. 如權(quán)利要求l、 2、 3或4所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述 擴(kuò)散阻擋層(3)的厚度不超過(guò)所述復(fù)合材料的總體壁厚的大約25%。
6. 如權(quán)利要求1、 2、 3、 4或5所述的復(fù)合材料，其特征在于， 所述抗腐蝕部分(1)具有以重量百分比的如下組分鋁2-20 硅>0-6鐵+鎳+鈷+錳 0-20稀土金屬0-3余量銅以及通常出現(xiàn)的合金化元素和雜質(zhì)。
7.如權(quán)利要求1、 2、 3、 4、 5或6所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述載荷承受部分(2)具有以重量百分比的如下組分鐵3-75% 鎳8-75% 鉻15-35%。
全文摘要
一種復(fù)合材料，用于在腐蝕性環(huán)境下使用的部件，其中所述材料包括抗腐蝕部分(1)和載荷承受部分(2)，其中所述部分(1，2)被設(shè)置成彼此相鄰近，其中抗腐蝕部分是銅-鋁合金(Cu/Al)，以及其中載荷承受部分由鐵基(Fe)、鎳基(Ni)或者鈷基(Co)合金組成。本發(fā)明特征在于抗腐蝕部分(1)和載荷承受部分(2)之間設(shè)置有擴(kuò)散阻擋層(3)，并且該擴(kuò)散阻擋層(3)包含以下物質(zhì)中的一種鉻(Cr)，或鐵(Fe)，或包含合金化物質(zhì)鉻(Cr)或碳(C)之一的鐵(Fe)。
文檔編號(hào)B32B15/20GK101242949SQ200680030292
公開(kāi)日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2006年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月19日
發(fā)明者肯尼斯·約蘭松, 馬茨·倫德貝里 申請(qǐng)人:山特維克知識(shí)產(chǎn)權(quán)股份有限公司