耐腐蚀金属复合材料制备工艺研究进展

刘 超

（山东省冶金科学研究院有限公司，山东 济南 250022）

近几年来，随着我国科技的快速发展，海洋工程、电子工程、航空航天以及其他金属行业都得到了充分的创新以及发展，因此，在这样的发展背景之下，原本单一普通的金属材料已经不再能满足社会综合性能的需求，不仅如此，传统的金属材料内质结构也较为单一、简单，不具有形成复杂金属材料的潜质[1]。在实际应用上，传统的单一高分子金属材料还极易受到腐蚀，不同的环境对于金属的使用寿命也会产生一定的影响。不仅如此，金属材料的制备工艺也相对较为落后，这也不利于其实际使用范围的扩大，还会形成相应的约束条件。面对这样的现状，应该进一步创新发展金属制备工艺，将耐腐蚀金属复合材料的研制与生产提上日程，耐腐蚀金属复合材料的制造通常会将至少一种的单一金属材料与合金、陶瓷、高分子以及异种金属等进行熔炼重组，通过调整温度以及冶炼环境来更改金属的内质结构，以片层的融合方式来进行交替排列式的制备，在这个过程中，各个金属的层级材料以及质子结构一般是保持原有的特征的，同时各层组元之间一旦出现异常，还会形成互补，这也使得复合材料在刚度、耐腐蚀性、强度以及抗冲击性等方面都会得到极大地优化改善[2]。目前，人们在混合金属材料原本的优势上进行相关制备工艺的改变，依据不同的制造环境，设计相符合的制备工艺，采取增强相位、调节层叠等方式来更好地提升耐腐蚀金属复合材料的质量和应用效果，制造出具有低密度、耐腐蚀性、耐摩擦磨损等特殊性能复合材质金属，一定程度上提升我国的技术制造水平。

1 耐腐蚀金属复合材料制备工艺设计分析

1.1 获取熔铸密度参数

在进行耐腐蚀金属复合材料制备工艺设计之前，需要先利用熔铸的形式来获取实际的密度参数。熔铸实质上是一种利用铸造设备改变复合材料形态，以便于塑形的一种现代工艺。通过温度的改变将反应材料恢复成基础的形态，对其进行铸型浇铸、冷却结晶、退火等操作，在这个过程中，可以从中获取到较为优良的材料数据信息，同时可以通过调整材料的密度来扩大其使用范围[3]。将单一性质的金属材料置于高温的熔炉之中，利用测值设备获取熔炼前的数据信息，作出记录。计算相对熔铸标准时间，如下公式1所示：

公式1中：H表示相对熔铸标准时间，β表示动态粒子运动时间，f表示综合测算比值。通过以上计算，最终可以得出实际的相对熔铸标准时间。在此基础上，利用较为简单的工艺程序，将单质的金属材料中的运动晶粒结构作出更改，使整个材料在常温下逐渐发生形变。调整材料的熔炼程度分别设置5vo1%，15vol% ，25vo1%三个等级，并且注意观察材料的具体变化规律，通常情况下，基础含量为TiC或者单一Ti-6A1-4V材质的复合材料熔炼的时间会相对较慢，相对地成形的时间也会随着增加[4]。将材料混合，测算各项指标数据，并计算熔铸密度参数，如下公式2所示：

公式2中：g表示熔铸密度参数，α表示态钦基数，s表示成形时间，δ表示抗拉强度。通过以上计算，最终可以得出实际的熔铸密度参数。依据以上密度参数，进行复合材料的制备。

1.2 基体与增强体的引入

在完成熔铸密度参数的获取之后，接下来，需要将耐腐蚀金属复合材料的基体以及增强体作出引入操作。一般情况下，传统的基体引入方式多为物理方式，表现为将单一结构的金属材料炼化，融合在一起，这种方式虽然可以达到目的，但是一定程度上会影响制备后金属材料的硬度和刚度，同时还会缩小实际应用的范围[5]。耐腐蚀金属复合材料的基体引入呈现为半物理状态，并且结合了可控成型工艺，将引入的效果达到了最佳，对耐腐蚀金属材料的热固性进行对比，如下表1所示：

表1 耐腐蚀金属材料的热固性对比分析表

通过以上表1中数据的对比分析，可以得知在高温的状态下，基体与增强体更加容易成型或者引入，所以在此基础上，计算引入比例，如下公式3所示：

公式3中：B表示引入比例，ω表示服役温度，ℜ表示材料单一纯度值。通过以上计算，最终可以得出实际的引入比例，依据比例将材料的基体与增强体混合，与金属材料完成晶粒的融合，调整金属材料的纯度为TA0～TA6，此时，基体与增强体有着相同的膨胀系数，为避免出现熔铸异常，可以在熔炼成型过程中适当添加TiB颗粒或者陶瓷颗粒，以保证金属材料的质量。

1.3 原位合成法实现耐腐蚀金属复合材料的制备

在完成基体与增强体的引入之后，接下来，可以利用原位合成法来实现耐腐蚀金属复合材料制备工艺的设计。首先，为了增强耐腐蚀金属复合材料的颗粒尺寸，在材料的炼化过程中添加内部原位合成的TiB、TiC以及TiB2等增强体，利用原位合成法计算复合材料制备完成后的实测硬度、耐腐蚀系数，如下公式4所示：

公式4中：F表示耐腐蚀金属复合材料的硬度，d表示基体标准比值，λ表示细化范围。通过以上计算，最终可以得出实际的材料硬度。在此基础上，材料的颗粒会有所变化，粒子结构以及形态也会有所变化，具体如下图1所示：

图1 耐腐蚀金属复合材料颗粒形态变化图

通过图1中的结构演化，最终可以实现金属材料颗粒的重组。计算内部的原位合成范围，如下公式5所示：

公式5中：N表示原位合成范围，θ表示反应百分比，m表示合成初始距离。通过以上计算，最终可以得出实际的原位合成范围[6]。将其设置为耐腐蚀金属复合材料制备工艺的标准，增强基体以及增强体的引入范围，完成金属制备工艺的设计。

2 制备工艺测试

2.1 测试准备

本次对耐腐蚀金属复合材料制备工艺进行研究分析。首先，进行测试环境的设置，准备符合材料的熔铸设备，并调节对应的温度，通常为500℃左右，在测试的过程中可以依据实际的情况作出调节。设备运行频率为30/次，激光束功率为230 W，延展密度为2.35%TiC。测试共分为两组，一组为传统的塑韧金属材料制备工艺，将其设定为传统塑韧测试组，另一组为本文设计的方法，将其设定为原位合成耐腐蚀测试组，两组同时进行测试，核查测试的设备是否处于稳定的运行状态，并确保无外部影响因素，开始测试。

2.2 测试过程及结果分析

通过以上设置，进行测试，具体的测试流程如下图2所示：

图2 金属复合材料制备结构图

通过图2中的测试，最终可以得出以下两组测试结果，对其进行对比分析，如下表2所示。

表2 制备工艺测试结果对比分析表

通过表2中所得出的测试数据，最终可以得出最终的测试结论：在相同的测试环境下，对比于传统的塑韧测试组，原位合成耐腐蚀测试组在对耐腐蚀复合金属材料的制备成型时间相对更短，表明其塑形、制备效果优于传统方法，效果更佳，具有一定的实际应用价值。

3 结语

综上所述，便是对耐腐蚀金属复合材料制备工艺研究进展的分析研究。其实，耐腐蚀金属复合材料对比于传统的单一结构金属材料具有更强的优势。不仅成本低，质量高，同时还可以批量化、自动化地生产，一定程度上增强了我国金属制备的效率，因此得到社会各领域的广泛应用。另外，耐腐蚀金属复合材料的实际应用也较为便捷，在高温下很容易发生形变，具有高性能、多功能化的特点，有利于我国金属以及相关行业的进一步创新与发展。