氟化锂氟化钕熔盐环境下低碳钢表面渗铝后耐蚀性的测试.doc

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1、优质文本题 目：LiF-NdF3熔盐环境下低碳钢外表渗铝后耐蚀性的测试学生姓名：学 号：专 业：班 级：指导教师：37 / 42优质文本LiF-NdF3熔盐环境下低碳钢外表渗铝后耐蚀性的测试摘 要随着近几年稀土金属钕需求的不断提高，国内生产的稀土钕的厂家也多了起来，但是生产的方法没有太多的开展，依然采用以前的稀土钕生产工艺，也就是最传统的火法工艺，火法工艺简单来说就是阴极置换得到金属钕。由于电解生产钕的过程中，弧状阳极压板在高温氟化物环境下腐蚀，造成产品中铁的含量超标，且阳极压板的使用寿命只有17天左右，故本文采用适宜的渗铝工艺对20钢进行渗铝，并对渗铝20钢在高温LiF-NdF3熔盐环境下进

2、行了850、950不同时间的热腐蚀实验，通过实验中反响的不用时间温度腐蚀产物的类型、腐蚀速率在不用时间温度下的变化规律以及减重动力学曲线，使得渗铝20钢阳极压板能替代原有的20钢阳极压板，提高其使用寿命，降低生产本钱。关键词：20钢阳极压板；渗铝工艺；热腐蚀；耐蚀性能 In the lithium fluoride and neodymium fluoride molten salt environment was carried out on the surface of aluminized low carbon steel corrosion resistance testAbstrac

3、tDue to the continuous improvement of rare earth neodymium metal demand in recent years, domestic production of rare earth neodymium manufacturer also more up, but the development of production methods are not too much, still the old production process of rare earth neodymium, which is the most trad

4、itional technology of fire, fire process is simply the cathode replacement metal neodymium. Because in the process of electrolysis production of neodymium, arc anode plate corrosion under high temperature of fluoride, iron caused by excessive levels, and the service life of anode plate only 17 days

5、or so, so this article use appropriate alumetizing technology for 20 aluminized steel, and the aluminized 20 steel under the environment of high temperature LiF - NdF3 molten salt hot corrosion experiment, through the experiment in the reaction of no time temperature corrosion products of the type,

6、the corrosion rate in no time temperature change rule and weight reduction kinetics curves of the aluminized 20 steel anode plate can replace the original 20 steel anode plate, improve its service life, reduce the production cost.Key words: 20 steel electrode; Alumetizing technology; Hot corrosion;

7、Corrosion resistance目录摘 要IABSTRACTII第一章文献综述11.1 渗铝钢在各种环境下的耐腐蚀性能11.1.1渗铝钢在管道应力环境下的耐腐蚀性能11.1.2渗铝钢在高温烟气环境下的耐腐蚀性能11.1.3渗铝钢在环烷酸环境下的耐腐蚀性能11.1.4渗铝钢在硫化氢环境下的耐腐蚀性能21.1.5渗铝钢在氯化钾盐膜环境下的耐腐蚀性能21.2渗铝工艺的开展31.2.1 热浸渗铝工艺41.2.2 粉末包埋渗铝工艺51.2.3 感应渗铝工艺61.2.4 三种渗铝方法优缺点71.3电解钕的现状及生产工艺81.4本工程的的目的及意义10第二章 试样的制备及实验研究方案的制定112.1

8、 渗铝样的制备112.1.1 渗铝方法及渗铝剂的选定112.1.2 渗铝前准备工作112.1.3 渗铝112.2 热腐蚀实验具体参数的制定122.2.1 热腐蚀温度的制定122.2.2 热腐蚀时间的制定122.2.3 热腐蚀所用腐蚀剂及其配比的制定122.3 热腐蚀试验方案确实定及腐蚀过程122.3.1 热腐蚀实验准备122.3.2 热腐蚀实验方案142.3.3 腐蚀过程16第三章 实验结果及分析173.1 不同温度下热腐蚀后试样外表宏观形貌观察及分析173.1.1 850热腐蚀后试样的外表形貌观察及分析173.1.2 950热腐蚀后试样的外表形貌观察及分析183.1.3相同时间条件下不同温度

9、之间腐蚀程度的比拟193.2外腐蚀层的腐蚀产物分析193.2.1 850各腐蚀时间试样外腐蚀层腐蚀产物的组成193.2.2 950各腐蚀时间试样外腐蚀层腐蚀产物的组成203.2.3不同温度之间腐蚀产物组成的分析比照213.3腐蚀层金相组织的观察及分析223.3.1 850腐蚀层金相组织的观察及分析223.3.2 950腐蚀层金相组织的观察及分析243.3.3相同保温时间不同保温温度之间腐蚀层金相的比拟263.4 腐蚀反响机理273.5 腐蚀动力学分析283.5.1减薄动力学283.5.2减重动力学293.5.3腐蚀速率31第四章 结论32参考文献33致谢35优质文本第一章文献综述1.1 渗铝钢

10、在各种环境下的耐腐蚀性能低碳钢因其机械性能好、本钱较低，对一些腐蚀性介质具有一定的抗腐蚀能力，因此在工业生产过程中被广泛用于制造金属构件和设备。石油化工设备大约有80%是用铁碳合金制造的。但是，石油化工生产流程中存在着许多腐蚀性介质，许多工作情况下，低碳钢因腐蚀而导致设备、管道等设备的寿命大大降低。因而，近几年来在外表工程技术领域，利用金属化学热处理技术对低碳钢外表进行改性以提高其耐腐蚀、耐高温氧化、耐磨损等方面的性能。其中，低碳钢渗铝在石油化工、冶金、电力等工业中有广泛的应用1。1.1.1渗铝钢在管道应力环境下的耐腐蚀性能哈尔滨气化厂的高温粗煤气输送管在设计之初采用的是不锈钢管(15CMro

11、和1Crl8NigTi)，但在使用不到一年的时间里就发生了多处开裂渗漏，更换之后新管道后依然在很短时间出现类似问题。经过调查比照，该厂决定采用华中理工大学化工热能研究所研制的渗铝钢这一外表处理的材料，并对焊接等方面进行了合作研究，解决了许多制作和施工中的关键出问题。新研制出的渗铝管线从1995年10月运行至2000年，已平安使用了5年多，特别是新管线经受住了黑龙江地区严冬的考验。故可以认为，渗铝钢这一材料在管道应力环境下的耐腐蚀性能的研究与应用，取得了成功2。1.1.2渗铝钢在高温烟气环境下的耐腐蚀性能火电厂的锅炉水冷壁、过热器、再热器等部件在烟气的一侧经常因为氧化、腐蚀而失效，特别是一些液态

12、排渣炉的水冷壁及大容量、高参数锅炉的上述部件，因为腐蚀速率较快而严重影响电厂的平安运行，国内外的专家对此进行了大量试验研究工作3。从上世纪80年代初，热工研究院便开始进行锅炉管外壁热浸渗铝的防腐试验，通过对国内锅炉外壁的高温腐蚀现状、腐蚀特征及规律、影响高温腐蚀的因素等问题的分析，结合实际生产过程中出现的问题进行了研究。经过实际生产运行的考验，渗铝管道寿命最长的已超过十年，显示出优良的耐腐蚀效果4。1.1.3渗铝钢在环烷酸环境下的耐腐蚀性能20世纪末，由于辽河原油不断变重，ph值逐年增高，从1988年1.5mgKOH/g上升到1994年的3mgKOH/g以上，期间最高到达4mgKOH/g。ph

13、值的剧烈增长使得设备受到严重的腐蚀。腐蚀最严重的是常减压装置减三线、减四线、减二线和常二中段。其中腐蚀最严重的减三线1Crl8Ni9Ti环矩鞍填料(0.8mm厚)和常二中1Crl8Ni9Ti浮阀(2mm厚)在使用不到一年时间里，填料就已经腐蚀失效，浮阀受到严重腐蚀导致其全部脱落。上述部件所处环境全都是环烷酸腐蚀剧烈的区域。尽管方案选用更加耐腐蚀的材料替换原有材料，但是提高高了生产本钱，使得其不能被广泛应用。低碳钢渗铝在对抗高温氧化和H2S、S02、CO2、碳酸、液氨、水煤气等的腐蚀方面都有优良的表现，特别是在对抗H2S腐蚀方面更为显著5。但是渗铝低碳钢能否耐得住环烷酸腐蚀，是否可以把相对廉价的

14、渗铝低碳钢应用在环烷酸腐蚀最严重的部位上，从上世纪末期开始，相关学者开始对低碳钢渗铝耐环烷酸腐蚀进行了研究工作。之后的有关研究说明：低碳钢渗铝在耐环烷酸腐蚀方面是具有可行性的，并且在炼油装置环烷酸腐蚀剧烈的区域内，低碳钢渗铝后的耐蚀性能优于1Crl8Ni9Ti材质，完全可以代替1Crl8Ni9Ti6。1.1.4渗铝钢在硫化氢环境下的耐腐蚀性能在石油、煤、天然气、化学等工业生产中，都普遍存在着硫化氢腐蚀的问题，这是由于在工业生产中，当以石油、煤和天然气等为原料时，原料中由于普遍都存在各种硫化物，这些硫化物在加工生产过程中一般都分解成硫化氢、其它硫化物及单质硫，对生产环境造成严重的腐蚀。尽管石油化

15、工工业中的设备普遍采用较昂贵的不锈钢、耐蚀钢和耐热钢，可是依然难以防止这些设备在高温硫化氢环境中的大量腐蚀损耗以及由此引发的事故。有关学者通过对渗铝Q235碳素结构钢和普通Q235碳素结构钢以及1Cr18Ni9Ti不锈钢在高温硫化氢腐蚀条件下进行的比照试验，经过研究发现1Cr18Ni9Ti钢耐高温硫化氢腐蚀的能力比渗铝钢差。钢经过渗铝后具有优良的耐高温硫化氢腐蚀性能。并通过上述实验，为渗铝廉价钢材在适宜场合下替代含Cr、Ni等元素的不锈钢、耐蚀钢和耐热钢等材料提供试验依据7。1.1.5渗铝钢在氯化钾盐膜环境下的耐腐蚀性能近年来由于国家迅速开展经济，国民生活水平的的不断提高，使得垃圾排放量的日益

16、增加。由此利用燃烧法处理固体垃圾的技术也得到了迅速开展。但由于垃圾燃烧的实际工作环境十分恶劣，原料通常都富含各种氯化物、硫化物、重金属、低熔点灰分等腐蚀性极强的元素，燃烧后产生固-气-液等多相混合物，因此垃圾燃烧设备的许多构件使用寿命远低于设计寿命。尤其是由于高氯气氛和低熔点氯化物沉积盐腐蚀所导致的灾难性后果，更是成为制约相关工业开展的重要因素。虽然许多国内外学者对相关材料在富含HCl、Cl2的混合气氛中的腐蚀情况进行了大量的研究，但高温氯化物腐蚀机理的研究令人不太满意，高温氯化物腐蚀数据相对缺乏。近几年有研究者对外表涂覆有垃圾燃烧气氛中两种典型的盐ZnCl2、KCl及其混合物的材料在450条

17、件下腐蚀的试验研究说明，材料在氯化物环境下的热腐蚀与硫酸盐环境下的热腐蚀有很大的不同。Cr元素在硫酸盐热腐蚀条件下具有良好耐腐蚀性能，但在氯盐膜热腐蚀条件下却没有表达出良好的抗腐蚀性能8。渗铝低碳钢在抗高温氧化和硫化物腐蚀方面有很好的耐蚀性能。有关学者通过比照普通20钢和渗铝20钢在垃圾燃烧中常见的KCl盐膜下的腐蚀行为的研究发现，渗铝20钢在KCl盐膜环境下腐蚀增重很小，由于试样外表致密的Al2O3薄膜对材料起到了很好的保护作用，因此，渗铝低碳钢在KCl盐膜环境下具有良好的耐蚀性能9。1.2渗铝工艺的开展渗铝是一种外表渗金属的热处理方法，属于化学热处理的范畴。它是通过物理或化学的方法，在钢材

18、外表到芯部方向形成一种铁铝合金层，使钢材拥有抗高温氧化性、耐硫化氢腐蚀以及耐环烷酸腐蚀等优良性能10。在某些特定的情况下可以用渗铝普通钢材替代不锈钢，因此渗铝钢具有很重要的经济价值。上世纪30年代，国外就已经开始出现渗铝这种化学热处理工艺。碳钢因为其良好的机械性能、较低的生产本钱，对某些腐蚀介质具有一定程度的抵抗能力，因此得到了广泛的应用，在工业中碳钢被用于制造金属构件和设备。石油化工生产过程中，大约有80%的设备是用铁碳合金制造的。但是由于石油化工生产过程中防止不了腐蚀性介质，在许多生产状况下，设备、管道等设备因为碳钢的腐蚀导致使用寿命达不到预期效果。因此，近年来在外表工程领域，大都利用渗铝

19、技术对碳钢外表进行改性，以提高碳钢的耐腐蚀、耐高温氧化、耐磨损等方面的性能。因此，碳钢渗铝在石油化工、电力、冶金等诸多行业领域中有了广泛的应用11。渗铝钢的工艺研究和工业化生产在工业兴旺国家开展很快，应用于工业生产也较多。例如包埋渗铝钢在日本、科威特、南非、韩国等国家用于加氢脱硫等装置上，有的用于加热炉管等，也有的用于反响器周围配管。碳钢渗铝后具有良好的抗氧化、耐腐蚀、耐磨损性能，而且渗铝钢的生产本钱不高，大约只是普通碳钢价格的1.5倍；是IrC18iNgiT不锈钢的四分之一。渗铝钢的生产工艺方法有热浸渗铝、粉末包埋渗铝、感应加热渗铝、气相渗铝、料浆渗铝等12。目前我国工业生产中常用的是前三种

20、，其中热浸渗铝应用最多，占85%，固体粉末渗铝占10%，其他渗铝只占5%。1.2.1 热浸渗铝工艺热浸渗铝工艺具体过程是：钢件外表除油，水冲洗，除锈，水冲洗，外表助镀，水冲洗，烘干，热浸铝，扩散渗铝，水冲洗，晾干入库13。除油剂的配比为20%NaOH+5%Na2SO4+10%Na2CO3+水，将除油剂加热到80-100，钢件浸入20-30min即可。如果钢件外表的油污太多，可先进行汽油粗洗，或用燃烧法去除，然后用水冲洗剩余的除油剂或者燃烧后的污垢。除锈剂的配比为36%的工业盐酸，钢件在25条件下浸泡60-100min，如果氧化严重可一延长钢件的浸泡时间，直到全部露出银白色的外表为止，用水冲去残

21、留在外表的酸液，晾干。当然除锈也可是用用10%-30%H2SO4水溶液，但要注意的是不能酸洗过重，防止酸液腐蚀钢的基体。渗铝前最关键步骤是助镀，如果助镀过程处理不好会造成漏渗，直接影响产品质量。助镀的主要目的是让钢件金属外表在渗铝前一直保持活性，热浸时使这个活性面与铝液直接接触，扩散渗铝时才能保证铝原子直接渗人基体，所以助镀在渗铝古城起到了保护活性面的作用，原因是通过助镀液，渗件的活性外表能在产生一层保护膜，在热浸时保护膜膜溶解，露出渗件原来的活性外表，以便热浸铝。助镀液配比为:0.25-0.5NaNO2+0.075-0.5Cr2O3+0.01-0.02K2MnO4+H2O。室温下渗件在助镀液

22、中浸泡3-10min，取出后用水冲洗去外表残留，然后在80-100条件下烘干1h。烘干后最好在12h内进行下一道工艺，因为烘干后渗件放置时间越长，保护膜越容易出现空缺，导致渗件质量不好。将符合国际标准的2级铝锭，放在渗铝池内加热到730-780熔化，再将之前已经处理好的钢件浸泡到铝液中5-10s。渗件取出后活性外表已挂上一层银白色的铝。液态的铝外表极易氧化，一般工业生产中都在渗铝池内参加玻璃粉进行保护，防止空气中的氧与铝液接触。扩散渗铝的目的是通过高温加热，使渗件外表的铝原子向基体内部扩散。因为奥氏体比铁素体的扩散系数大，所以扩散温度选在图 1.1碳钢渗铝层中铝含量 图1.2热浸铝和扩散渗铝的

23、变化规律 连续生产作业线Ac3以上，碳钢应选950-1000，保温4-6h。渗铝层中的铝浓度从钢外外表向里逐渐下降，见图1.1。热浸铝和扩散渗铝都是可以连续作业的，见图1.2。扩散渗铝件在出炉后一般采用空冷处理，这样可以使晶粒细化，从而改善渗件的机械性能。渗铝结束后，用水将渗件外表杂物冲洗干净，晾干后包装人库。1.2.2 粉末包埋渗铝工艺粉末包埋渗铝工艺过程是:钢件外表除油除锈，渗铝剂的配制，装渗铝箱，加热渗铝，开箱清理渗铝件，成品人库。在渗铝前，钢件外表同样需要除油、除锈，去除方法与热浸渗铝除油除、锈方法相同14。与热浸渗铝所不同的是，粉末包埋渗铝对一些锈蚀不太严重的钢件，是不需要进行除油除

24、锈处理的，在渗铝是可以把钢件直接装入渗铝箱中进行加热渗铝。这种渗铝方法非常简洁，被称为“带锈粉末包埋渗铝工艺。因为在渗铝过程中，由于温度的原因，锈层内的氧化铁分解成氧和铁，由于氧与铝的亲合力大于氧与铁的亲和力，因此在去除锈层的过程中需要消耗一局部铝源。在钢件的氧化铁锈层被破坏后，渗铝剂中的铝原子可直接扩散钢得外表，通过长时间的高温反响逐渐形成渗铝层。渗铝剂由三局部组成：最主要的局部为铝源：Al粉或者Fe-Al粉，二者之和占整个配方的50%-80%。铝源的粉末粒度为200目左右。Fe-Al粉通过电炉冶炼获得，Fe-Al粉中Fe粉占铝源45%-50%，杂质占5%左右，铝粉占大约50%左右。填充剂由

25、Al2O3或陶土组成，粒度为180目左右。催渗剂大多使用卤盐，一般用NH4Cl，用量占渗铝剂配方比重的0.5%-1.5%。其余为填充剂的重量。渗铝剂配方见表1.1。把配好的渗铝剂与钢件按要求放进一个渗铝箱内，见图1.3。渗件要完全被渗铝剂包围，并将渗铝箱密封好。渗铝箱在1000条件下，保温4-6h，保温结束空冷或随炉冷却后取出渗铝箱，开箱后去除渗件外表杂物，水冲洗后枯燥。为防止氧化，表 1.1 粉末包埋渗铝剂的三种配方编号组分及含量组分粒度目1Al粉50-60+Al2O3(48-37)+NH4Cl(1.5)Al粉：150-20Al2O3粉：2002Fe-Al粉78+Al2O3(20)+NH4C

26、l(1-1.5)Fe-Al粉：150Al2O3粉：2003Fe-Al粉或Al粉74-78+Al2O3(22-26)+NH4Cl(1-2)Fe-Al粉：150Al2O3粉：200箱盖在渗铝是铅封住。高温下箱内的气体可以从铅液中溢出，又可以防止外面空气进人渗铝箱内。冷却时铅凝固又可以起密封作用15。图1.3 渗铝箱结构1.2.3感应渗铝工艺感应渗铝工艺过程是:钢件外表喷砂处理，热喷涂铝层，涂防氧化层，感应加热渗铝，矫直与补漏，超声波探伤，成品入库。中频感应加热渗铝，一般情况下是针对长钢管渗铝16。与上述两种渗铝方法不同的是，感应渗铝前外表除油除锈只用喷砂一道工序即可完成。除油除锈过程选用一般喷砂方

27、法就行，喷砂结束后用风去除钢件外表灰尘。热喷涂铝采用火焰喷铝工艺，具体喷涂参数为：乙炔瓶输出压力0.105MaP，氧气瓶输出压力0.112MaP，空压机输出压力0.42MaP，铝丝送进速度15-20Kg/h，喷铝层厚度0.12-5mm，喷枪口距钢件外表80-100mm。喷铝结束后钢件外表还要涂上一层水玻璃作为防氧化层，中频感应加热渗铝装置见图1.4。理论上感应渗铝可渗任意长的钢管，且只需要架起足够高的架子就行。渗铝时利用无级变速箱调速，钢管上下移动，移动速度为6m/h。在感应圈下面100-300mm处放一个预加热到1000的1-2m高的电阻炉，它的目的是为了延长渗铝时间，减少热应力，防止渗铝层

28、崩裂。渗完后吊出钢管停留15-30图 1.4 感应渗铝加热装置表1.2 钢管和电阻炉参数钢管型号钢管规格mm电阻炉温度电阻炉功率kW电阻炉电压V钢管移速m/h20钢12710120001000152206表1.3中频感应电源参数功率kW电压kV电流A频率Hz感应温度75-804025012001000-1100min再放下。渗铝装置及工艺参数见表1.2、表1.3。在渗铝管冷却后，用砂轮打磨去除渗件外表剩余杂物。如果发现有漏渗可用NiCr高合金粉末火焰喷焊补漏。如果渗铝管有弯曲，可在自制的矫直机上矫直，检验的具体做法是12m长管子拉直线，二者的最大间隙不大于9mm为合格，一根管子有时最少要矫5-

29、6次才能成功。最后用超声波探伤，到达国际标准的2级为合格。1.2.4 三种渗铝方法优缺点以上三种渗铝方法各有优缺点，三种渗铝方法的比拟见表 1.4，生产过程中要因地制宜，依据所用设备和技术条件，钢件的大小形状、生产本钱、经济效益、客户的具体要求等因素采用适宜的方法17。本节通过对渗铝工艺试验的研究，优化了20钢固体粉末包埋渗铝的工艺配方。表 1.4 三种渗铝方法比拟工程热浸渗铝粉末包埋渗铝感应加热渗铝工程投资小小大机械化程度高低中渗件质量差好一般生产效益高低较高劳动强度小大较大环境污染小大较大技术难度大小小产品占有率85105漏渗情况多无少可补焊渗层深度浅深浅身兼形状中小件复杂形状中小件长钢管

30、1.3电解钕的现状及生产工艺从上世纪80年代以来，稀土功能材料领域中，钕铁硼永磁材料从研制开发到进入全面商品化的进程非常迅速。到了上世纪90年代，由于电子信息技术行业的快速开展，钕铁硼永磁材料的生产呈现出一种迅速增长的态势。全球范围内烧结钕铁硼永磁材料的产量从1990年的1430t增长到1999年的10630t，年均增长28.5%；粘结钕铁硼永磁材料从1991年的400t增长到1997年的2100，年均增长31.8%18，由于钕铁硼永磁材料的生产量逐年提高，导致稀土钕的需求量和质量要求在逐年增加19，并在20世纪末到21世纪初需求量连年增长。随着钕铁硼永磁材料的性能要求不断提高，相关钕铁硼永磁

31、材料的生产企业对作为钕铁硼永磁材料核心原料的稀土钕的原材料质量、稳定性和一致性提出了更高的标准。同时，由于钕铁硼永磁体的应用领域不断扩大，生产企业在提供大量质优价廉的稀土钕方面也在不断探索20。我国从上世纪70年代开始对氧化物电解制备稀土金属及合金进行研究。包头稀土研究院、长春应用化学研究所和北京有色金属研究总院在最开始就对这方面进行了大量研究。可惜的是由于电解槽材料、槽型结构等诸多设备问题，使得氧化物电解制备稀土金属及合金的方案搁浅，一直未能应用到实际生产中。一直到上世纪80年代，包头稀土研究院才成功解决了电解槽材料及槽型结构等设备问题，成功研制了敞开式氧化物电解槽，并且首次在工业环境下成功

32、进行了氧化钕电解制取稀土钕和钕铁合金的试验21。现如今该电解槽已得获国家创造专利。到目前为止，国内大多数稀土生产企业将该工艺应用在实际工业生产中，并且该工艺还成为我国稀土钕工业化生产的唯一方法。目前该电解工艺单槽生产规模为18002500A，通常称为3kA规模电解槽，其月生产稀土金属能力为1.72.3t。电解槽寿命大多不超过150d。我国3kA氧化物电解法生产金属钕工业生产技术指标经过多年的不断努力已有一定的提高，其指标为:电流效率65%78%；每千克金属钕电耗1113 kWh；每千克金属钕消耗氧化钕(包括氧化钕和电解质中氟化钕折合为氧化钕)1.25-1.27kg。氧化物电解法制备金属钕产品质

33、量是在钕铁硼永磁体性能不断提高，对金属钕产品中杂质含量要求不断降低的情况下不断提高的。目前我国金属钕产品的稀土总量为99%99.7%；氧含量小于0.05%；氟含量小于0.03%；碳含量0.01%0.10%；钨含量0.01%0.05%；钼含量0.01%0.05%。氧化物电解法制备金属钕产品纯度主要取决于：所用原辅材料的纯度；电解工艺制度及操作的影响；电解装置和操作工具在电解过程中带入非稀土杂质的影响等。3kA规模氧化物电解槽应用于生产金属钕在我国虽有十几年的时间，但仍属于开发中的技术。目前主要存在以下几方面的问题:(1)由于这种电解槽规模较小以及其固有的槽型特点，导致电解生产过程中电解工艺参数无

34、法实现稳定控制，严重地影响了生产工艺和产品质量的稳定。(2)辅助设备落后，机械化水平低，限制了我国现有氧化物电解生产整体工艺技术水平的提高和开展。 (3)氧化物电解制备稀土金属所采用的氟化物电解质体系物理化学和电化学方面的根底研究虽然已进行了一些工作，但较系统的研究工作较少，尚有待于加强。图1.5 电解钕生产流程 (4)欲形成较大规模生产只有采取增加现有小型电解槽数量的方法实现，不利于大规模工业化生产。(5)目前氧化物电解制备稀土金属所用的氟化物电解质体系中稀土氧化物溶解度较低，其本钱相对较高，给电解生产既带来一定的困难，无法更有效地降低电解质本钱。因此，寻求廉价、大溶解度电解质体系是今后研究

35、工作之一22。电解生产稀土钕的工艺流程见图1.5。1.4本工程的的目的及意义由于电解生产Nd的过程中，弧状阳极压板在高温氟化物环境下腐蚀，造成产品铁的含量超标，且阳极压板的使用寿命只有17天左右，故本文研究了渗铝20钢在高温LiF-NdF3熔盐环境下的耐腐蚀性能，通过实验中反响的不用时间温度腐蚀产物的类型、腐蚀速率在不用时间温度下的变化规律以及减重动力学曲线，使得渗铝20钢阳极压板能替代原有的20钢阳极压板，提高其使用寿命，降低生产本钱。第二章 试样的制备及实验研究方案的制定实验研究的总体方案步骤是将多块同一尺寸的20钢进行外表渗铝，渗铝样涂抹氟盐后在850、950分别保温不同时间后进行腐蚀结

36、果分析，并与同样处理的未渗铝20钢作比照，得出结论。2.1 渗铝样的制备钢样：20钢30mm20mm2 mm。 渗剂：20铝粉，40Al2O3，20石墨，18Fe2O3，1NH4Cl。仪器：SX13-YBL型箱式高温电阻炉，渗铝罐。 除油剂：丙酮 。除锈剂：12%工业盐酸。砂纸：600目SiC砂纸。除油：除油剂采用丙酮有机溶液在室温下钢件浸泡2030min，清洗干净即可。除锈：除锈剂采用质量分数为12%的工业盐酸，钢件可在室温下浸泡直到外表出现光亮的金属外表为止。除锈后用水冲去残留在金属外表的酸液，外表冲洗酒精后吹干。2.1.1 渗铝方法及渗铝剂的选定本实验采用的渗铝方法为固体粉末法，在上述三

37、个渗铝方法中，可以看到固体粉末法机械化程度低，使用方便，且渗铝效果明显优于其他两种方法。固体粉末法渗铝的根本原理是热状态下活化金属原子的扩散渗透能力，在钢铁外表形成合金层的化学热处理过程23。具体做法是将被渗工件与固体粉末渗铝剂装入渗铝箱密闭，在加热炉内按一定要求进行加热、恒温，使产生一系列化学反响， 让渗剂中的铝原子活化并渗透扩散到钢铁表层基体中，在外表形成具有特殊性能的Fe-Al合金层。由于高温扩散的工艺使铝外表钝化过程被强化，Al2O3层增厚，故使其防腐抗氧化功能远远超过不渗铝的钢。通过查找相关渗铝方法文献以及研究渗铝剂配方对于渗铝效果的影响，本实验采用的渗铝剂配方最终确定为20铝粉，4

38、0Al2O3，20石墨，18Fe粉， 2NH4Cl。2.1.2渗铝前准备工作用砂纸对试样外表打磨处理，将渗铝剂混合均匀后一并装入渗铝罐内，渗铝罐底部及上部填30-40 mm的渗剂层，每层试样中间放5-6mm渗剂，盖上渗铝罐内盖，内盖与外盖之间用高铝粘土密封，外盖用高铝粘土密封后放置阴凉枯燥处24h去除多余水分。2.1.3 渗铝将渗铝罐装入箱式电阻炉内采用分段式加热的热处理工艺对渗铝罐加热，如图2.1。先加热升温至200-300保温1 h，再升温至980保温8h，保温结束后，取出渗铝箱空冷至100 ，并开箱取出试样。试样取出后经过简单的清理使其外表呈现黑色，光洁、没有渗剂粘结。试样渗铝后所得到的

39、渗层见图2.2，经测量渗铝层厚度约为0.3 mm左右。 图2.1 渗铝热处理曲线 图2.2 渗铝20钢渗铝层组织2.2 热腐蚀实验具体参数的制定2.2.1 热腐蚀温度的制定工厂生产电解钕的过程中，熔池内熔盐温度为1000左右，弧状阳极压板浸泡在熔盐内，用测温枪测得压板外表温度为950左右，考虑到实验过程中进行不同温度对腐蚀的影响的研究，应选用850和950两个温度。2.2.2热腐蚀时间的制定在实验进行初期，作者查阅相关资料，发现渗铝钢的在各种环境下的腐蚀实验的周期一般在100小时左右，且本试验要研究不用时间温度腐蚀产物的类型、腐蚀速率在不用时间温度下的变化规律以及减重动力学曲线，所以热腐蚀时间

40、制定为1h、3h、5h、10h、20h、30h、50h、80h、100h。2.2.3热腐蚀所用腐蚀剂及其配比的制定在实验初期，作者进行调研时发现工厂生产电解钕的原料为Nd2O3，电解质为87.5NdF3，12.5LiF，生产过程中，熔池液面上方全部为电解质，弧状阳极压板受高温电解质熔盐的腐蚀，使用寿命不高，为了模拟实际生产环境下的腐蚀过程，故而腐蚀剂定为87.5NdF3+12.5LiF。2.3 热腐蚀试验方案确实定及腐蚀过程2.3.1 热腐蚀实验准备使用数显游标卡尺和电子天平测量每个渗铝样的尺寸和质量，进行编号，记录。如表2.1。表2.1 试样详细情况编号质量g长度mm宽度mm厚度mm腐蚀面c

41、m2114.7229.6220.313.316.015822213.7430.0619.973.156.002982314.3130.0520.493.196.157245414.3930.0520.553.346.175275513.6130.0620.023.156.018012613.8630.0720.113.196.047077714.0929.9619.93.365.96204814.1130.0620.433.176.141258914.3429.7720.573.36.1236891012.7930.0619.623.015.8977721113.7730.0219.863.1

42、95.9619721214.130.0120.273.316.0830271313.7630.02203.166.0041414.330.0620.253.356.087151513.9129.9919.763.35.9260241613.8330.0919.833.185.9668471714.4929.9520.53.336.139751813.9930.0920.063.36.0360541913.1828.920.153.115.823352014.330.1220.033.316.0330362113.9929.7119.973.355.9330872214.2729.9720.38

43、3.316.1078862313.7430.0820.273.136.0972162414.8830.1620.663.396.2310562513.8929.7819.833.355.9053742614.1530.0220.373.176.1150742714.6130.1120.253.366.0972752814.7130.0720.443.376.1463082914.0229.9920.353.326.1029653013.4330.0619.653.145.906793114.0630.0420.383.186.1221523214.1530.1219.783.355.95773

44、63314.4530.0820.433.346.1453443414.3830.1120.373.36.1334073513.4129.9519.773.135.9211153614.5430.1720.353.356.1395953713.9530.12203.176.0243814.7529.7820.453.356.090013913.7830.1619.833.145.9807284013.8329.8920.33.166.067674113.7830.1219.993.166.020988准备渗铝样、腐蚀剂：87.5NdF3，12.5LiF粉末混合剂、中温电阻炉。将腐蚀剂加水搅拌成泥状，均匀涂抹在渗铝样的一侧外表，平均每面1.2g腐蚀剂，晾干后放在耐火砖上入炉。2.3.2 热腐蚀实验方案试样分为18组，每组两个样品，分别在850、950保温1、3、5、10、20、30、50、80、100h，为了每组样品质量相差不多，故将质量从小大排列差异小的为一组，其余留做备用。实验研究方案具体见表2.2。表2.2 热腐蚀实验方案温度时间试样编号8501h35303h2235h131110h394120h164030h62550h153780h1821100h29319501h7123h8265h101410h20320h93430h43350h173680h2728100h38