[发明专利]一种耐蚀防污铜基非晶/碳纳米管复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐蚀防污铜基非晶/碳纳米管复合材料及其制备方法，所述材料由96‑98wt%的铜基非晶和2‑4wt%的碳纳米管复合形成；所述铜基非晶包含如下重量百分比的成分：14‑18wt% Al、14‑16wt% Ti、13‑15wt% Zr、4‑6wt% Si、3‑5wt% Mo，余量为Cu；所述碳纳米管为银掺杂的单臂碳纳米管。将铜基非晶制备原料加入感应电磁炉加热熔化，对熔化的金属液体进行真空气雾化，即可获得铜基非晶粉末；所述粉末与银掺杂的单臂碳纳米管混合应用于制备耐蚀防污铜基非晶/碳纳米管复合材料，采用超音速火焰喷涂技术制备耐腐蚀防生物污损涂层，本申请可获得孔隙率低、结合强度高，且兼具良好耐腐蚀和防生物污损性能的涂层，生产工艺简单，易于产业化。

技术领域

本发明属于材料加工工程的热喷涂领域，具体涉及一种耐蚀防污铜基非晶/碳纳米管复合材料及其制备方法。

背景技术

海水淡化即利用海水脱盐生产淡水，是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，因而受到了广泛的重视。目前，世界上有十多个国家的一百多个科研机构在进行着海水淡化的研究，有数百种不同结构和不同容量的海水淡化设施在工作，一座现代化的大型海水淡化厂，每天可以生产几千、几万甚至近百万吨淡水。从我国的政策规划来看，未来十年内海水淡化行业市场容量有5倍以上的成长空间，前景较为乐观。此外，海水淡化成本已降到4-5元/吨，经济可行性已经大大提升，考虑到未来技术进步带来的成本下降及政策扶持等因素，今后海水淡化产业有望出现爆发式增长。

海水淡化系统均包含管路、泵、阀门等过水部件，而这些部件在海水中不可避免地遭受严重的腐蚀和生物污损耦合损伤。为了解决这一问题，铜及铜合金被广泛用于海水淡化设施中，但是现有铜基材料的耐腐蚀和抗生物污损性能仍然不足。铜基非晶材料由于具有长程无序、短程有序的原子结构，在其内部不存在位错、晶界等缺陷，因此除了具有铜合金固有的优点外，还表现出高耐腐蚀性等优点；此外，通过在非晶材料中加入合适的第二相材料，可以进一步提高耐蚀性能和防污性能。因此，本发明设计了一种新型铜基非晶/第二相复合材料，使其在海洋环境下具有更为优异的耐腐蚀性能和抗生物污损性能，可以更有效地保护海水淡化设施的管路、泵、阀门等关键部件。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种耐腐蚀防生物污损铜基非晶/碳纳米管复合材料及其制备方法，该复合材料通过超音速火焰喷涂技术制备耐腐蚀防生物污损涂层可适用于海水淡化系统过水部件表面，该涂层具有低孔隙率和高结合强度，提高海水淡化系统过水部件在恶劣海洋环境下的使用寿命，工艺简单，成本较低，适合于工业化推广。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种耐蚀防污铜基非晶/碳纳米管复合材料及其制备方法，所述复合材料由96-98wt%的铜基非晶和2-4wt%的碳纳米管复合形成；所述铜基非晶包含如下重量百分比的成分：14-18wt% Al、14-16wt% Ti、13-15wt% Zr、4-6wt% Si、3-5wt% Mo，余量为Cu；所述碳纳米管为银掺杂的单臂碳纳米管。

作为本发明的一种优选技术方案：所述耐蚀防污铜基非晶/碳纳米管复合材料由97wt%的铜基非晶和3wt%的碳纳米管复合形成；所述铜基非晶包含如下重量百分比的成分：16wt% Al、15wt% Ti、14wt% Zr、5wt% Si、4wt% Mo，余量为Cu；所述碳纳米管为银掺杂的单臂碳纳米管。

本发明提供了上述耐蚀防污铜基非晶/碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：

第一步：按上述铜基非晶成分及重量比，称取铜钛合金、铝钛合金、纯锆、纯钼块体和单晶硅，按先高熔点后低熔点的原则依次将纯钼、纯锆、单晶硅、铜钛合金和铝钛合金加入真空感应电磁炉内，然后升温使其全部熔化；

第二步：对熔融的混合液体进行真空气雾化处理，气雾化气体为氩气，雾化室的真空度为5-10 Pa，氩气压力为3 MPa，气雾化后干燥、筛分粒径为30-53 μm的粉末，得到铜基非晶粉末；