耐腐蚀的抑爆材料.pdf

耐腐蚀的抑爆材料
    技术领域 本发明涉及一种耐腐蚀的用于易燃易爆液体或气体储存器内的抑爆填充材料， 属 于功能性铝合金材料。该材料具有优异的耐腐蚀性和高延展性， 同时还保持着合乎需要的 高强度。
     背景技术
     本公司的早期申请 92102437.1 公开了一种用于易燃易爆物品的抑爆材料， 提供 一种抑制容器内易燃流体燃烧与爆炸的网状和球状抑爆材料。该材料的化学重量百分比 为： Mn 为 0.8 ～ 1.8， Fe 为 0.3 ～ 0.7， Si 为 0.3 ～ 0.6， Cu 为 0.1 ～ 0.2， Zn 为 0.1， Mg 为 0.03 ～ 0.1， Al 为余量。网状抑爆材料由切缝并扩展之后的铝箔叠制或绕制成型， 层与层 之间的网格以相同方向交错叠合， 若干网格相互间形成无序交错结构， 为蜂窝状孔隙结构 的若干层叠合体 ； 球状抑爆材料由切缝并扩展之后的铝箔制成， 外表面平滑， 内部为蜂窝状 孔隙结构。 在实践中研究发现， 这种材料的屈服强度、 抗拉强度、 延展率均有待于提高， 脆性 有待于降低， 使用过程中易出现碎片， 会造成油路堵塞等危险 ； 而为了降低挤压成型的生产 费用， 降低挤压成型压力和提高挤压成型速度均要求优良的延展性。
     由此可见， 使用的铝合金抑爆材料必须具有高延展性， 优异的耐腐蚀性， 并具有合 乎要求的强度。 发明内容
     本发明的目的在于提供一种用于易燃易爆液体或气体储存器内的铝合金抑爆填 充材料， 该材料具有优异的耐腐蚀性和高延展性， 同时还保持着合乎需要的高强度。 根据本 发明， 抑爆材料中的各合金材料必须以各自规定的量存在， 其原因如下 ：
     硅 Si 通过沉淀硬化作用， 提高铝合金的强度。当硅存在时， 其强化作用是显著 的。但是， 过分的硅含量不仅提高合金的液相线温度， 不利于合金的熔炼与铸造， 而且降低 抑爆材料的成形性。因此， 较大的硅含量是不希望的， 在本发明中， 硅含量宜控制在 0.05 ～ 0.15％ ( 重量 )。
     铜 Cu 固溶强化合金基体相， 能够促进材料的强度， 所以铜的含量必须为 0.3％ ( 重 量 ) 或更高， 但是， 当铜含量超过 0.7％ ( 重量 ) 时， 会严重恶化合金材料的抗腐蚀性。因 此， 将铜的含量控制在 0.3 ～ 0.7％ ( 重量 )。
     锰 Mn 能阻止铝合金的再结晶过程， 提高再结晶温度， 显著细化再结晶晶粒， 并通 过 MnAl6 溶解杂质铁， 减小铁的有害影响。锰与镁相配合可提高材料的强度， 但是过分的锰 含量， 将影响材料的延展性， 所以锰含量必须为 0.8 ～ 1.1％ ( 重量 )。
     镁 Mg 与硅形成硅化镁化合相， 沉淀在铝合金基体中提高强度。因此， 镁含量必须 大于 0.8％ ( 重量 )， 但是， 镁含量大于 1.2％ ( 重量 ) 将不进一步提供沉淀作用。
     铬 Cr 的含量宜在 0.1 ～ 0.5％ ( 重量 ) 之间， 铬的增加使材料的耐腐蚀性增加， 但 是牺牲了材料的部分延展性， 但是上述范围的铬使材料的延展性仍在可接受的范围内。并且， 铬与锰配合可以抑制晶粒粗化， 为此， 其含量也应大于 0.3％ ( 重量 )， 因此， 本发明铬含 量为 0.1 ～ 0.5％ ( 重量 )， 优选 0.3 ～ 0.5％ ( 重量 )。
     当抑爆材料的加工需要进行热轧或低温退火时， 加入适量的锆 Zr 可以使产品产 生完全的重结晶， 从而增加材料的强度， 但是随着锆元素的增加材料的可成形性下降， 因 此， 锆的含量应小于 0.08％ ( 重量 )。
     钛 Ti 可以使结晶组织细化， 抑制裂纹和其它缺陷的产生， 加工时变形均匀， 性能 优异， 成品强度和延展率较高， 将钛的含量控制在 0.03 ～ 0.18％ ( 重量 ) 还可以使耐腐蚀 性达到最佳， 同时， 当钛含量在 0.03 ～ 0.05％ ( 重量 ) 范围内时， 还可以保证抑爆材料的韧 性。
     铁 Fe 是铝合金材料中不可避免存在的杂质元素， 形成 Al-Fe-Si 化合物， 以颗粒 形状分散于合金基体中， 引起延展性和耐腐蚀性的不希望的负面影响。因此， 铁的含量应 尽可能的低， 考虑到实际操作的困难， 铁含量的上限应不超过 0.2％ ( 重量 )， 优选控制在 0.06 ～ 0.2％ ( 重量 )。
     锌 Zn 的含量应维持在 0.05 ～ 1％ ( 重量 ) 范围内， 优选 0.06 ～ 0.5％ ( 重量 )， 进一步控制在 0.1 ～ 0.2％ ( 重量 ) 范围内。 本发明提供一种用于易燃易爆液体或气体储存器内的铝合金抑爆填充材料， 该材 料具有优异的耐腐蚀性和高延展性， 同时还保持着合乎需要的高强度， 该材料为网状或球 状， 具有蜂窝孔隙结构， 其化学成分为 ： Si 0.05 ～ 0.15％ ( 重量 )， Cu 0.3 ～ 0.7％ ( 重 量 )， Mn 0.8 ～ 1.1％ ( 重量 )， Mg 0.8 ～ 1.2％ ( 重量 )， Cr0.1 ～ 0.5％ ( 重量 )， 优选 0.3 ～ 0.5％ ( 重量 )， Ti 0.03 ～ 0.18％ ( 重量 )， Fe 小于 0.2％ ( 重量 )， Zn 0.05 ～ 1％ ( 重量 )， 余量为 Al。
     为了进一步增加材料的强度， 还可以加入 Zr 小于 0.08％ ( 重量 )。
     本发明的抑爆材料增强了耐腐蚀性和延展性， 不易出现碎片， 避免了油路堵塞等 危险。
     具体实施方式
     本发明重点在于抑爆材料合金的基本组成， 其具体制造方法不再赘述。
     下面详细叙述材料的机械特性和耐腐蚀性与材料的组成的关系， 研究结果参见下 表。
     合金材料的成分及含量列于表 1， 其中 1-5 为本发明的材料成分的实施例， A 为现 有技术的抑爆材料的成分。 表中合金材料的组成用％ ( 重量 ) 表示， 余量为铝和 0.02％ ( 重 量 ) 的不可避免的杂质。
     表 1 抑爆材料的组成
     合金材料 1 2 Si 0.05 0.15 Cu 0.3 0.7 Mn 0.8 1.1 Mg 0.8 1.2 Cr 1 0.1 0.5 0.03 0.18 0.2 0.1 0.05 1 Ti Fe Zn4CN 101956105 A3 4 5 A 0.15 0.15 0.1 0.5 0.3 0.3 0.5 0.9 1 0.9 0.85 1.8说1明书0.3 0.4 0.3 -0.1 0.15 0.1 -0.06 0.1 0.2 0.73/3 页0.06 0.07 0.06 0.10.85 1.1 0.03表 2 对本发明材料的性质进行评价， 对每一种样品的机械强度、 延伸率和耐腐蚀 性进行评价。
     表 2 表 1 中抑爆材料的性质
     合金材料抗拉强度 N/mm2 78.3 89.6 88.3 89.0 83.7 88.3屈服强度 N/mm2 60.1 64.3 64.1 65.8 61.0 65.4延伸率 ％ 37.1 34.6 34.6 35.0 38.5 35.0平均腐蚀坑深 μm 95.0 111.9 101.2 110.8 115.8 197.31 2 3 4 5 A
     注： 上述机械性能试验通过多用试验仪 167500 型按照欧洲标准进行。 将试验中的 2 2 参数 E( 模量 ) 设置为 70000N/mm ， 在 Rp 之前的试验速度恒定在 10N/mm ·sec， 从 Rp 到出 现断裂之间的试验为 40％ Lo/min， Lo 为标准计量长度。
     上述耐腐蚀性测试则是通过 1000hours 盐雾试验 ( 室温下， 3.5％的 NaCl 溶液进 行连续喷雾 )， 检测样品表面的平均腐蚀坑深。
     分析表 2 的数据可以得出， 抑爆材料样品的机械强度、 延伸率和耐腐蚀与材料的 成分有关。铜的含量提高， 材料的机械强度相应提高， 但是耐腐蚀性随之下降， 当其含量超 过 0.7％时， 耐腐蚀性急剧下降， 如 0.9％时， 平均腐蚀坑深达 197.3μm ； 钛的增加也使耐腐 蚀性得到改进 ； 硅、 锰、 铬含量对材料的机械强度成正向影响， 而对其延伸率成负向影响。5