一种活泼金属防腐蚀方法及活泼金属与流程

1.本技术属于腐蚀防护技术领域，具体涉及一种活泼金属防腐蚀方法及活泼金属。


背景技术：

2.活泼金属，如铈镓合金，极易发生氧化和腐蚀，造成氧化和腐蚀的原因在于活泼金属对气氛十分敏感，尽管在干燥空气条件下能够像钛、铝、锌等金属一样形成一定厚度的氧化膜，但氧化膜不足以阻止氧原子的持续扩散，导致持续氧化。同时氧化物与基体的密度、晶体结构差异过大，氧化膜容易发生断裂导致新鲜金属裸露加速氧化。
3.目前，最常用的防腐蚀技术是在活泼金属表面电镀制备纯镍涂层，该技术通常需要在活泼金属的表面制备数毫米厚度的涂层，其缺点是电镀涂层致密度不够，如不达到一定的厚度很难有效抑制室温氧化腐蚀。数毫米厚度的电镀涂层降低了活泼金属的纯度，相当于在活泼金属中引入了难以去除的杂质。


技术实现要素：

4.本技术目的是提供一种活泼金属防腐蚀方法及活泼金属，解决现有技术中数毫米厚度的电镀涂层降低了活泼金属的纯度，相当于在活泼金属中引入了难以去除的杂质的问题。
5.实现本技术目的的技术方案：
6.本技术实施例第一方面提供了一种活泼金属防腐蚀方法，所述方法，包括：
7.在保护气氛下，控制硬质合金球沿待处理的活泼金属的表面滑动，进行表面动态挤压处理；所述硬质合金球与所述活泼金属的接触面在高应变和高应变率下发生塑性变形，获得纳米晶组织。
8.可选的，所述控制硬质合金球沿待处理的活泼金属的表面滑动，之前还包括：
9.将所述活泼金属旋锻加工成圆棒；
10.将所述圆棒水平装载在表面动态挤压装置上，所述圆棒两端顶紧。
11.可选的，所述控制硬质合金球沿待处理的活泼金属的表面滑动，具体包括：
12.以转速为300r/min、进给量为0.01mm/r、单道次压入20μm的表面动态挤压处理工艺，控制硬质合金球沿所述活泼金属的表面滑动。
13.可选的，所述控制硬质合金球沿待处理的活泼金属的表面滑动，具体包括：
14.在滑动过程中采用润滑油冷却。
15.可选的，所述控制硬质合金球沿所述活泼金属的表面滑动，之后还包括：
16.采用线切割设备将处理后的圆棒切割成10mm
×
10mm
×
10mm的样品。
17.可选的，所述保护气氛为液氮保护气氛。
18.可选的，所述硬质合金球为wc-co合金材质。
19.可选的，所述活泼金属为铈镓合金。
20.本技术实施例第二方面提供了一种活泼金属，利用本技术实施例第一方面提供的
活泼金属防腐蚀方法中的任意一种得到。
21.本技术的有益技术效果在于：
22.本技术实施例提供的一种活泼金属防腐蚀方法及活泼金属，旨在不引入杂质元素的前提下，通过在铈镓合金表面制备由表及里的梯度纳米结构，利用小角度晶界生成致密氧化膜，以达到提高活泼金属抗室温氧化能力的防腐蚀目的。小角度晶界的引入使表面变得致密，从而形成了相比未处理粗晶更致密的氧化膜，抑制了氧的扩散，起到了提升铈镓合金抗室温氧化腐蚀的作用。
附图说明
23.图1为本技术实施例提供的一种活泼金属防腐蚀方法的流程示意图；
24.图2为一种未处理铈镓合金粗晶组织示意图；
25.图3为本技术实施例提供的一种活泼金属防腐蚀方法中表面动态挤压处理技术示意图；
26.图4为本技术实施例提供的一种活泼金属防腐蚀方法中表面动态挤压处理过程中表层塑性变形示意图；
27.图5a-5c为本技术实施例提供的一种活泼金属防腐蚀方法中表面动态挤压处理后铈镓表层变形组织截面形貌；
28.图6为本技术实施例提供的一种活泼金属防腐蚀方法中表面动态挤压处理后室温氧化气氛下粗晶和纳米晶铈镓合金氧化动力学曲线。
29.图中：
30.1-活泼金属；2-硬质合金球；3-润滑油；4-活泼金属表面；5-纳米晶组织。
具体实施方式
31.为了使本领域的技术人员更好地理解本技术，下面将结合本技术实施例中的附图对本技术实施例中的技术方案进行清楚-完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本技术实施例中的一部分，而不是全部。基于本技术记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本技术保护的范围内。
32.为了解决现有技术问题，本技术发明人在研究中发现，采用表面动态挤压处理技术对铈镓合金进行表面处理无需引入杂质元素，通过表面动态挤压处理技术将材料表层晶界类型变为纳米尺度下的小角度晶界，形成连续的原子排布，新形成的氧化膜同样为纳米尺度，这种氧化膜比常规的氧化膜密度更大，与基体差异减小，能有效减缓氧化膜的破裂。通过引入晶界工程技术对特种材料晶界结构、晶格类型重新设计，使其能够自发形成新的致密氧化膜，显著降低氧在氧化膜内的扩散速率，从而有效提升铈镓合金的防腐蚀性能。
33.基于上述内容，为了清楚、详细的说明本技术的上述优点，下面将结合附图对本技术的具体实施方式进行说明。
34.参见图1，该图为本技术实施例提供的一种活泼金属防腐蚀方法的流程示意图。
35.本技术实施例提供的一种活泼金属防腐蚀方法，包括：
36.步骤s101：在保护气氛下，控制硬质合金球沿待处理的活泼金属的表面滑动，进行表面动态挤压处理。
37.在本技术实施例中，硬质合金球与所述活泼金属的接触面在高应变和高应变率下发生塑性变形，获得纳米晶组织。
38.需要说明的是，在表面动态挤压处理的处理过程中，由于压下量在亚微米尺度，活泼金属(如铈镓合金)的表面材料未被移除，尺寸保持不变。由于硬质合金球与活泼金属的接触面在高应变和高应变率下发生塑性变形，晶粒逐渐细化，产生与深度相关的显微组织，表层能够获得纳米晶组织。
39.在实际应用中，所述硬质合金球可以为wc-co合金材质。活泼金属可以为铈镓合金。
40.以铈镓合金为例，对铈镓合金表面动态挤压处理后，镓在氧化膜/基体界面偏聚可有效抑制铈和氧元素扩散；镓元素使铈合金表面形成的氧化膜更接近理论化学计量比，氧离子空位浓度较低，使氧离子在氧化膜内的扩散受到抑制；氧化物单位晶胞体积更接近铈基体单位晶胞体积，从而使生长应力降低，有效抑制氧化膜裂纹的形成，极大提升铈镓合金的防腐蚀性能。
41.作为一个示例，所述保护气氛可以为液氮保护气氛。
42.本技术实施例通过表面动态挤压处理技术对铈镓合金进行表面处理，形成了以小角度晶界为主的梯度纳米结构。小角度晶界的引入使表面变得致密，从而形成了相比未处理粗晶更致密的氧化膜，抑制了氧的扩散，起到了提升铈镓合金抗室温氧化腐蚀的作用。
43.在一个具体的例子中，步骤s101，之前还包括：
44.将活泼金属旋锻加工成圆棒；
45.将圆棒水平装载在表面动态挤压装置上，圆棒两端顶紧，以便进行表面动态挤压处理。
46.在一个具体的例子中，步骤s101，具体可以包括：
47.以转速为300r/min、进给量为0.01mm/r、单道次压入20μm的表面动态挤压处理工艺，控制硬质合金球沿活泼金属的表面滑动。
48.在另一个例子中，步骤s101，具体还包括：
49.在滑动过程中采用润滑油冷却。
50.在本技术实施例一些可能的实现方式中，步骤s101，之后还可以包括：
51.采用线切割设备将处理后的圆棒切割成10mm
×
10mm
×
10mm的样品。
52.下面结合一个具体的例子详细说明本技术实施例提供的一种活泼金属防腐蚀方法。
53.本技术实施例提供的一种活泼金属防腐蚀方法，以表面动态挤压处理技术铈镓合金为例。
54.步骤1：选用试验材料的铈镓合金为：镓含量为10.8wt％，其余为铈；图2举例示出了一种未处理铈镓合金粗晶组织。该铈镓合金由两种相构成，分别为衬度较浅的富铈相和衬度较深的富镓相组成。
55.步骤2：将铈镓合金经专用设备铸造后在保护气氛下旋锻加工成直径φ22mm长150mm的圆棒；
56.步骤3：将铈镓合金圆棒水平装载在表面动态挤压装置上，圆棒两端顶紧；
57.步骤4：以当转速为300r/min、进给量为0.01mm/r、单道次压入20μm的表面动态挤
压处理工艺压入一道次在铈镓棒材表层获得纳米组织。
58.图3和图4分别举例示出了一种表面动态挤压处理技术示意图和处理过程中表层塑性变形示意图。图5举例示出了表面动态挤压处理后铈镓表层变形组织截面形貌。白色虚线所示区域为塑性变形层，该层平均厚度约为35μm。可以观察到截面微观结构呈梯度分布，晶粒尺寸由表及里逐渐连续增大，无明显界面。最表层组织衬度均匀，无明显层片分布和镶嵌分布特征，说明塑性变形使两相相溶。该层晶粒为等轴状，平均晶粒尺寸约为120nm。随变形层深度增加，晶粒逐渐变为拉长状。当深度为35μm时，组织与未变形组织相当。
59.步骤5：采用线切割设备将样品切割成10mm
×
10mm
×
10mm的样品。
60.在干燥空气气氛中氧化2000h，检测样品重量随时间的变化关系，形成时间-增重的氧化动力学曲线，如图6所示。通过对比处理前后样品在相同条件下的氧化动力学曲线可知，表面滚动动态挤压处理的样品在室温干燥空气气氛下的氧化增重低于粗晶样品。这表明表面动态挤压处理可提高铈镓合金的抗氧化性能。
61.基于上述实施例提供的活泼金属防腐蚀方法，本技术实施例还提供了一种活泼金属，利用上述实施例提供的活泼金属防腐蚀方法中的任意一种得到。
62.上面结合附图和实施例对本技术作了详细说明，但是本技术并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本技术宗旨的前提下作出各种变化。本技术中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

技术特征：
1.一种活泼金属防腐蚀方法，其特征在于，所述方法，包括：在保护气氛下，控制硬质合金球沿待处理的活泼金属的表面滑动，进行表面动态挤压处理；所述硬质合金球与所述活泼金属的接触面在高应变和高应变率下发生塑性变形，获得纳米晶组织。2.根据权利要求1所述的活泼金属防腐蚀方法，其特征在于，所述控制硬质合金球沿待处理的活泼金属的表面滑动，之前还包括：将所述活泼金属旋锻加工成圆棒；将所述圆棒水平装载在表面动态挤压装置上，所述圆棒两端顶紧。3.根据权利要求2所述的活泼金属防腐蚀方法，其特征在于，所述控制硬质合金球沿待处理的活泼金属的表面滑动，具体包括：以转速为300r/min、进给量为0.01mm/r、单道次压入20μm的表面动态挤压处理工艺，控制硬质合金球沿所述活泼金属的表面滑动。4.根据权利要求3所述的活泼金属防腐蚀方法，其特征在于，所述控制硬质合金球沿待处理的活泼金属的表面滑动，具体包括：在滑动过程中采用润滑油冷却。5.根据权利要求3所述的活泼金属防腐蚀方法，其特征在于，所述控制硬质合金球沿所述活泼金属的表面滑动，之后还包括：采用线切割设备将处理后的圆棒切割成10mm
×
10mm
×
10mm的样品。6.根据权利要求1所述的活泼金属防腐蚀方法，其特征在于，所述保护气氛为液氮保护气氛。7.根据权利要求1-6任一项所述的活泼金属防腐蚀方法，其特征在于，所述硬质合金球为wc-co合金材质。8.根据权利要求1-6任一项所述的活泼金属防腐蚀方法，其特征在于，所述活泼金属为铈镓合金。9.一种活泼金属，其特征在于，利用权利要求1-8任一项所述的方法得到。

技术总结
本申请属于腐蚀防护技术领域，具体涉及一种活泼金属防腐蚀方法及活泼金属。该活泼金属防腐蚀方法，所述方法，包括：在保护气氛下，控制硬质合金球沿待处理的活泼金属的表面滑动，进行表面动态挤压处理；所述硬质合金球与所述活泼金属的接触面在高应变和高应变率下发生塑性变形，获得纳米晶组织。该方法在不引入杂质元素的前提下，通过在铈镓合金表面制备由表及里的梯度纳米结构，利用小角度晶界生成致密氧化膜，以达到提高活泼金属抗室温氧化能力的防腐蚀目的。防腐蚀目的。防腐蚀目的。


技术研发人员：姜岳峰 李鸿亚 石新权 牛书通 张勤
受保护的技术使用者：中核四0四有限公司
技术研发日：2023.06.09
技术公布日：2023/10/15