[发明专利]一种碳纤维增强合金复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种碳纤维增强合金复合材料及其制备方法。本发明提供了一种碳纤维增强合金复合材料，所述碳纤维增强合金复合材料以合金为基体，以碳纤维为增强体制备而成；所述合金包括：以质量百分比计，Cr：0.95％～1.15％、Al：0.5％～2％、Ni：22％～28％、C：0.02％～0.08％、Ti：0.2％～0.8％和Nb：0.2％～0.8％；其余为铁。高温腐蚀动力学试验及高温氧化动力学试验表明，本发明碳纤维增强合金复合材料在腐蚀试验中增重变化量主要集中在1.3～2.9mg/cm²的范围内，本发明碳纤维增强合金复合材料具有明显优于TP316等商品金属材料的耐高温氯化钾腐蚀性能。

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种碳纤维增强合金复合材料及其制备方法。

背景技术

可再生、无污染的生物质燃料，是未来绿色可再生能源的发展方向之一，具有广阔的发展前景。与燃煤发电相比，生物质燃烧发电对电站锅炉过热管等设备的耐腐蚀性能要求较高，即要求具有耐钾、氯、盐类及碱性物质高温腐蚀的能力。目前国内锅炉过热器管材常用的合金材料为TP91、304不锈钢等，T91的应用场合有高再出口集箱、过热器出口安全阀管段、高过管、屏过管、高再管和高过出口导管；15CrMo的应用场合有后墙水冷壁吊挂管、低过二级管组、低过三级管组、顶棚过热器管、低再二级管组和低再三级管组；SUS316的应用场合有高过管、屏过管、高再管、高过出口导管。

TP91成分为0.1C-9Cr-1Mo，组织结构为回火马氏体组织，具有良好的综合力学性能和高温力学性能。C、Cr及Mo元素组成的化合物具有良好的高温稳定性，保证了长期使用条件下的力学性能稳定。304不锈钢的18%含量的Cr元素提高了其耐蚀电位，对比TP91具有良好的耐蚀性能。TP91和304不锈钢两种合金都具有良好的成型性能和焊接性能。

TP91等合金适用于常见火电使用条件，具有良好的工艺特性和使用寿命。对于秸秆燃烧等生物质发电条件，由于燃烧气氛中含有K⁺、Na⁺、Cl^-等离子及其盐类，火电用锅炉过热器管材很快结垢并被腐蚀和氧化，使用寿命比较短。在高温和含有K⁺、Na⁺、Cl^-等离子和水气等条件下，上述合金表层的氧化物、碳化物的保护作用有限。

国外锅炉过热器管材使用的材料除了上述合金外，还有高合金含量的HR3C等耐热钢。HR3C的成分为25Cr-20Ni-Nb-N，由于具有高Cr、高Ni含量，其耐蚀和耐氧化性能优异，用于生物质电站管材方面也具有良好的使用性能。这种合金为奥氏体结构的合金，由于含有大量的Ni元素，其价格比较高，管材加工有一定难度，另外由于材料中含有N元素，管材焊接焊缝容易出现气孔等缺陷。

对于HR3C合金，其组织为奥氏体，因高含量Cr和高含量Ni的存在，其常规的高温耐蚀性能、高温抗氧化性能以及高温耐K⁺、Na⁺、Cl^-等离子腐蚀性能都很高。我国燃煤灰烬中碱金属硫化物含量较高。对于秸秆类生物质燃烧的灰烬，由于秸秆在生长过程中吸收了大量的矿物质、盐类等，灰烬中含有大量的碱金属氯化物，燃烧气氛中含有氯气、氯化氢气体等，与过热器管材接触发生腐蚀作用，夺取了氧化物保护膜中的氧，腐蚀产物为含铁的低熔点氯化物、含铁的低熔点硫化物，使腐蚀持续发生。

发明内容

本发明提供了一种碳纤维增强合金复合材料及其制备方法，用于解决目前锅炉过热器管材材料的高温耐腐蚀性能和耐氧化性能不能满足我国生物质电站管材的问题。

具体技术方案如下：

一种碳纤维增强合金复合材料，所述碳纤维增强合金复合材料以合金为基体，以碳纤维为增强体制备而成；