稀土低镍铜合金铸铁的耐烧碱腐蚀性能研究

摘要

以内蒙古天然碱为原料的制碱工业设备腐蚀严重，使用寿命较短。研制成本低、耐蚀性能优良的低合金耐蚀铸铁，对制碱企业的蓬勃发展，乃至对振兴内蒙古地方经济具有重要的意义。 本文对稀土镍铜合金铸铁和铜镍合金铸铁在烧碱液中的腐蚀行为进行了系统的研究。根据耐碱蚀需要，设计了两种铸铁的合金成分，采用动态失重法和静态失重法分别测定了合金铸铁在高温烧碱液中的腐蚀速度及耐碱蚀性能，借助光学显微镜和X射线衍射仪观察了显微组织和物相，利用扫描电镜和能谱仪分析了表面腐蚀形貌和表面微区成分。 结果表明：随着稀土含量的增加，稀土镍铜合金铸铁的珠光体基体细化，石墨形态由C型片状过渡到蠕虫状＋球状，但是超过一定含量，白口倾向严重；其中R2（0.05％RE）合金铸铁的耐蚀性较好，动、静态腐蚀腐蚀速度分别为0.30mm/a和0.001mm/a。加入铜可细化铜镍合金铸铁的组织，对耐碱蚀有利。但超过一定含量，则析出铜化合物或游离铜，反而降低耐蚀性，其中D3 （4.5％Cu）合金铸铁的耐蚀性较好，动、静态腐蚀腐蚀速度分别为0.696mm/a和0.0065mm/a。微观基体上富集的铜和镍，有利于提高合金铸铁的耐蚀性。随着烧碱液的温度、浓度及流速增加，合金铸铁的腐蚀速度提高。动态腐蚀后，合金铸铁微观表面由凹陷的石墨坑，凸起的碳化物及基体组成。耐蚀性越好，其微观表面越平坦，基体面积越大，凸起的碳化物量越少。随着腐蚀时间的延长，两种系列合金铸铁的腐蚀速度先高后低，均有钝化现象。在两种系列合金铸铁中，R2稀土合金铸铁具有较好的综合力学性能和耐蚀性能，是较理想的耐碱蚀合金铸铁材料。