钛纳米高分子合金涂层材料的开发
及在油田防腐蚀领域应用试验报告
杨番，张涛，张中秋，张驰
(广州中国科学院工业技术研究院，广东广州511458)
摘要本文介绍了新型纳米改性含氟聚芳醚酮聚合物及其高分子合金涂层的制备与性能评价。将钛纳米高分子合金涂料制成油井管涂层后，与目前国内外油井管所用涂层进行性能比较，结果显示钛纳米高分子合金涂层在附着力、抗冲击、涂层硬度、耐磨蚀、耐高温、耐高压等物理性能和耐化学腐蚀性方面具有明显的技术优势。另外，本文还介绍了纳米有机钛重防腐涂料的开发与应用前景。
关键词防腐蚀；纳米有机钛；高分子合金；涂层
引言
地下深层原油或天然气的开采，地质情况和腐蚀环境十分复杂(表-1)。由于高温(80~200℃)及高压(＞50MPa)热蒸汽的强力渗透作用，加之原油及污水中的各类腐蚀介质(如SO42-、NO3-、Cl-、F-、CN-、Ba+、Ca+等)和有害细菌的侵蚀，加速了油气井管和地上输油气管线、容器、贮罐的化学腐蚀和沉积结垢，不但缩短了开采设备的使用寿命，造成油气田开采成本的增高，并且严重地影响企业的正常生产。
表1 采油用小口径管道地下深层工作环境及腐蚀因素
刘玉琴,冯燕桃,彭轩等人的调查研究表明：地下深层采油井管，受到地质构造和油层条件的影响，地下油管的平均腐蚀速率高达1.5~3.3mm/a，点蚀速率高达5~15mm/a，腐蚀状况非常严重，是3~6个月穿孔， 6~12个月就需要大修，1~2年即报————————————
作者简介：杨番(1982- )，女，硕士，工程师，主要从事新型高分子材料与应用研究。E-mail：wandamy100@https://www.doczj.com/doc/d68660640.html, 废，最短的仅有3个月。地下深层采油井管的平均使用寿命在9~18个月，腐蚀问题成为油田正常采油和降低生产成本的技术关键[1]。
目前虽然油田行业非常重视采油管道的腐蚀与防护，对现有油管防腐蚀技术进行不断地改进和完善，以寻求新的防腐蚀技术的突破。但是由于受到落后的防护材料的限制，因此，采用传统材料涂层保护是无法解决油气田深井油管严重腐蚀问题。
本研究是针对油气田井用管道的腐蚀与防护技术难题，采用自制的钛纳米高分子合金涂料，在油气田井管腐蚀与防护试验中获得成功的应用，有效地控制了涂层在恶劣环境条件下的高温高压热蒸气强力穿透及土酸等化学介质的腐蚀和高压气流、泥砂的冲刷磨蚀以及各种杂质的沉积结垢现象，起到了延长油气田采输管道的使用寿命、降低生产成本、提高经济效益的目的。
1 新材料的研制
1.1纳米改性含氟聚芳醚酮的合成
油井管内涂层技术有三项重要指标，即涂层耐高温、高压(80~200℃,＞60MPa)气体和土酸腐蚀。这是三项硬指标，研发过程中曾选用过多种国内外传统的和最新的聚合物做成膜材料，如环氧树脂、酚醛改性环氧树脂、有机硅改性环氧树脂、呋喃改性酚醛树脂、聚氨酯树脂等，以至最新的聚脲、偏氟、四氟材料等，制备的涂层材料均无法满足技术要求，没有一种涂层能够全部通过检验。
1.1.1纳米改性剂的制备
按配方量称取一定量的纳米三氧化二铝溶
胶、纳米分散剂、载体树脂、NMP等，置于带有电动搅拌机、温度计、分水器、加热装置的三颈瓶中，升温至160℃保持恒定，在超声波辅助电动搅拌作用下进行蒸发脱水，直至高沸点的NMP将分散液中的水分全部置换完毕，最终形成稳定的的纳米氧化铝悬浮液。
1.1.2含氟单体的制备
将3,5-二(三氟甲基)苯代对苯醌放入三颈瓶中,加入定量锌粉和去离子水，搅拌，升温至90℃，缓慢滴加盐酸，反应约6h，将混合液过滤后，将滤液倒入2000mL去离子水中。将生成的白色粘稠状液体用冷去离子水反复洗涤，再置于真空低温烘干箱中干燥，得到固体单体。用甲苯重结晶2次，充分干燥后制得3,5-(三氟甲基)苯代对苯二酚白色结晶。
1.1.3含氟聚芳醚酮的制备
在装有机械搅拌、温度计、分水器及冷凝管的三颈瓶中加入配方量的3,5-(三氟甲基)苯代对苯二酚、4,4′-二氟二苯酮，加入稍过量的K2CO3及一定量的环丁砜和甲苯，通入N2气，升温至130℃，用甲苯在1.5~2h将水带出，然后放出甲苯，升温至220℃，再连续反应3h，真空脱水，置于恒温干燥箱中烘干，即得到淡黄色粉末的预期聚合产物。1.1.4纳米氧化铝改性含氟聚芳醚酮的制备
取定量的纳米改性剂置于烧杯内，再加入聚合物含氟聚芳醚酮和TAZ-ND1表面活性剂，置于分散机上进行混合搅拌，溶解过程有放热反应现象发生。完全溶解后，即为纳米氧化铝改性含氟聚芳醚酮树脂液。
1.2钛纳米前躯体的制备
1.2.1材料与设备
材料：①金属钛粉，规格:-300目，纯度: Ti≥99.5%；②128环氧树脂；③纳米氧化铝改性剂；④催化剂DQJ-40、T-301；⑥化学助剂。
设备：①QM-1SP04密闭式行星球磨反应器；
②LBM-T1型立式分散机。
1.2.2纳米有机钛齐聚物的制备
按配方比例将各组份原料称量装入密闭式行星球磨反应器中进行球磨反应，制得黑色淤泥状的粒径约为80~100nm的合成产物，即为纳米有机钛前驱体齐聚物(或称“纳米有机钛杂化聚合物”)。
1.3钛纳米含氟聚芳醚酮共聚物的合成
将米有机钛前躯体、纳米改性含氟聚芳醚酮、NMP、MEK、活化剂、化学助剂等按配方量分别装入密闭式行星球磨反应器的4个罐中，按比例加入不锈钢，然后旋紧螺栓密封罐盖，启动球磨反应器正常运行,运行反应时间大约需要5h，制得粒径为30~80nm的钛纳米含氟聚芳醚酮共聚物,它是制造纳米有机钛高分子合金涂料的基料。
1.4涂料与涂层的制备
1.4.1主要设备及原料
设备：变频分散机、篮式砂磨机等。原料：纳米有机钛齐聚物、、钛纳米含氟聚芳醚酮共聚树脂、环氧树脂、氨基树脂、增韧剂、涂料助剂、、铬酸锌、云母氧化铁防锈颜料、超细锌粉、、NMP等。
1.4.2涂料制备
钛纳米高分子合金涂料是以钛纳米含氟聚芳醚酮共聚物为基料、辅助氨基树脂做交联剂，热固化的成膜体系。设计配方分为底、面漆配套。
纳米有机钛涂料特种防腐涂料是以纳米有机钛齐聚物为基料、辅助环氧树脂和有机胺类固化剂的常温固化成膜体系。设计配方分为底、中、面漆配套。
制备工艺与常规的涂料生产工艺相同。
1.4.3涂层制备
纳米有机钛防腐涂层：规格为120×60×0.5 mm 冷轧钢板和规格为φ100×120mm碳钢试棒，用丁酮洗净晾干，用粗砂纸打磨底材，再将涂料A/B 组份按使用配比混合，搅拌均匀，用稀释剂调整至喷涂或刷涂。试片分别作底、中、面单涂层；试棒作复合涂层。制备复合涂层时,每道漆涂覆间隔12h，室温干燥，完全固化需一周后做耐腐蚀性能检测。
钛纳米高分子合金涂层：试板制备时，采用“湿碰湿”喷涂法,先喷涂两道底漆,在120℃条件下闪干15min,再喷涂两道面漆,烤干温度220℃固化20min；试板检测要求干膜厚度达到≥100μm，按标准进行理化性能项目检测。
试棒制备时，将涂料用专用稀释剂调整至35~40s(涂-4杯)，用试棒浸涂一道，吊挂在恒温烤箱，升温至120~150℃烤干；再浸涂一道烤干后直接升温至280℃固化15min；测试干涂层厚度应≥100μm，按标准进行理化性能检测。
1.5试验条件
测试方法按照GB/T1723~1735国家标准进行检验，并依此检测数据制订了相关的Q/QBT 002-2008纳米有机钛特种防腐蚀涂料(分装)和Q/QBT001-2008油气田井用管道特种防腐蚀涂料企业标准。
1.6性能测试
涂层综合性能测试见表1所示。
表2钛纳米高分子合金涂层性能
2结果与讨论
2.1施工性能的研究
2.1.1涂装方法
高压无气喷涂：多道涂装2~3道,采用“湿碰湿”原厂漆粘度(涂-4#杯, 80~100s)喷涂，涂装间隔10~15min，25~30℃环境下闪干，湿膜厚度不小于200~250μm, 一次烘干(220~250℃/30~15min)成膜，干膜厚度可达150~200μm。本法适合于梯式温度隧道烘烤流水线作业。
吊挂浸涂法：暂无流水生产线的企业可采用浸漆槽吊挂式浸涂和“面包炉”(间歇式烤漆房)方法施工。浸涂施工黏度可控制在20~25s,一道湿膜厚度可达100μm以上，常温闪干30min后，即可入炉烘干。2.1.2成膜条件
本产品为热塑-热固混合型涂料，经试验表明，固化温度低于200℃虽然可以干燥，但难于形成互穿网络结构的涂膜。最佳固化温度为250~280℃。固化温度与烘干时间呈反比关系，绘制成曲线如图1所示。
固化温度/℃
图1固化温度与烘干时间的关系
…热塑性成膜物――热固性成膜物
2.1.3层间影响
钛纳米高分子合金涂料由于具有低表面能不粘附特性，故每道固化后的漆膜层间结合不是很好。从图1中我们可以基本了解钛纳米高分子合金涂层的成膜特性。为了提高漆膜的层间附着力，可选择“湿碰湿”的涂装方法，使湿膜层间融合为一体，固化后的涂层不存在层间剥离现象。这是解决层间附着性能最有效的办法。
2.1.4稀释剂
“湿碰湿”涂装，稀释剂要选择得当，否则在烘干过程容易发生起泡、针孔等现象。经过反复试验，确定使用溶解力比较强的高沸点极性溶剂和中沸点极性溶剂合理搭配，如环丁砜、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺等按比例混配，可以消除上述漆病。
2.2性能对比试验
我们选用了几种目前国内外油井管内涂层比较优秀的防腐蚀涂料进行了性能比较试验。分析结果见表3。纳米有机钛重防腐涂料、聚脲防腐涂料在热老化性试验中，拉伸强度、撕裂强度不降反升，原因可能是在高温环境下促进了涂层完全固化，导致刚性增强、弹性降低的缘故；经150℃/48h环境条件下的高温高压热蒸汽环境试验，涂层无异常；但聚脲防腐涂料经过200℃/48h环境条件下的高温
高压热蒸汽环境试验，局部有小泡产生。酚醛环氧防腐涂料经150℃/48h环境条件下的高温高压热蒸汽环境试验，局部起有小泡；经200℃/48h环境条件下的高温高压热蒸汽环境试验，全部起有大泡。钛纳米高分子合金涂层可以通过高温高压热蒸汽及耐土酸等各项检测试验。
为了获得油田方面的准入认可，我们委托中国石油塔里木油田将涂层管材与涂料样品分别送往国家工业专用管材质量监督检测中心和中石油防腐保温涂料产品质量监督检验中心进行涂层评价和涂料质量检验，检验结果各项指标全部合格。2.3检测结果综合比较
我们将该检验报告中的检测数据与SY/T 0442-1997《钢质管道环氧粉末内层涂料》、SY/T 0544-2004《石油钻杆内涂层技术条件》的行业标准列于表6-3，进行对照比较，从中可以看出钛纳米高分子合金涂料涂层技术性能的先进性。
通过性能对比显示，钛纳米高分子合金涂料在涂层附着力、抗冲击、涂层硬度、耐磨蚀、耐高温、耐高压等物理性能和耐化学腐蚀性，有明显的技术优势。这一点在国家工业专用管材质量监督检测中心出具的钛纳米高分子合金涂层油管检测结果中得到了进一步的证实。本研究在缺乏评价标准的情况下，也做了大量的试验研究。
图2为本研究试验的一组留存照片。我们选用国内外油田行业在用的油管内涂层防腐涂料以及被国际上公认的最新型的涂料产品，进行了自我评价比较试验，见图3所示。
3新产品开发与应用前景
3.1 钛纳米高分子合金涂料的应用
钛纳米高分子合金涂料是专为油气田井用管柱腐蚀与防护而设计研制的，因此，目前它的主要应用范围是油气田的钻具、钻杆、管柱、套管的涂层保护。但是，依据涂层检测的综合性能，该涂料可以进步拓展其应用范围，如航空航天、汽车制造、电子电气、医疗和食品加工等领域有特殊要求的保护涂层，也具有广泛的应用，开发利用前景十分广阔。
3.2纳米有机钛重防腐涂料的开发
3.2.1适用范围
纳米有机钛特种防腐蚀涂料是采用纳米有机钛前驱体齐聚物做为基体树脂开发研制的一种常温固化型重防腐涂料新产品，具有无毒、抗渗透、抗老化、导静电抗杂散电流的功能，且具有良好的
表4 涂料检测结果与相关技术标准对照比较
注：[1] 检验报告№:F090260为中国石油天然气集团公司防腐保温产品质量监督检验中心出具。因无可执行标准，只给出了检验数据。
[2] 因无国家及行业的产品标准，引用相近似的行业相关标准SY/T 0442-1997《钢质管道熔结环氧粉末内涂层技术标准》。 [3] 因无国家及行业的产品标准，引用相近似的行业相关标准SY/T 0457-2000《钢质管道溶液环氧涂料内防腐层技术标准》。
1.高分子合金涂层试样
2.涂层在化学介质中浸泡试验
:: : 图
左:
纳米有机钛重防腐涂层
图中: 纳米氧化铝瓷膜漆涂层图右:
钛纳米高分子合金涂层
图左
德
国聚脲漆涂层
图中杜
邦特氟龙涂层图右美
国油管漆涂层图左:
德国聚脲漆涂层图中:
杜邦特氟龙涂层图右:
美国油管漆涂层
3.几种具代表性的防腐涂层材料对比试验
4.钛纳米高分子合金涂层在油井管上试验
图2钛纳米高分子合金涂层试验照片。
1.高温高压试验后试样
2.耐阴极剥离试验后试样
3.扭转弯曲试验后试样
4.拉伸试验后的试验
5.展平试验后试样
图3 国家检验机构出具的检测照片
物理机械性能和优异的耐化学品侵蚀性能。涂层表面光滑如镜，易用水清洗，其耐久性比其它类重防腐涂料(如环氧类、聚氨酯类)的使用寿命长2~3倍以上，适用于现场施工防腐蚀工程领域。
3.2.2工程案例
早在1996年起，本课题就已开始研究采用金属钛粉与聚合物树脂机械球磨制备有机钛防腐涂料，并在青岛炼油厂的4个10000m3的污水处理罐、茂名石化三十万吨乙烯建设工程的2个地下污水处理池和4个10000m3的乙二醇、苯乙烯中转贮罐内壁进行了防腐蚀涂装保护。经过4个大修周期的考验，防护涂层仍然完好。
2002年，又用有机钛防腐涂料为广州钢铁集团煤气公司的两座大型(2万和5万立方米各一座)煤气柜外壁做防腐蚀涂装作对比试验。2万柜设计采用是的纳米有机钛特种涂料的底、中间漆，面涂选用的是氯化橡胶防腐面漆配套体系；5万柜设计的底、中涂层采用是的环氧类防腐涂料，面涂选用的是氯磺化聚乙烯防腐涂料的配套体系。前者涂层配合体系有效地保护了底材长达6年之久，而后者只用了两年时间，基材就开始出现腐蚀。
3.3创新与发展
本研究早在上个世纪的90年代初期就已开始。世纪之交，纳米材料不断创世，给本研究提供了进一步完善的机遇。通过纳米技术的引入，使本研究技术得到了创新与发展，设备工艺技术难题被攻克。因此，本课题经历了从有机含钛涂料到钛纳米高分子合金涂料不断创新研究发展历程，使该项新技术新产品逐渐走向成熟。
钛纳米高分子合金涂料在配方设计上现已开发出三大系列9个品种。从施工应用性方面，又分为烘干固化型和常温固化型两大类，分别适用于油气田井管防护、工业设备及工艺管线及油品、溶剂贮罐、食品容器等防腐蚀应用场合。
3.4存在的问题与建议
1.由于钛纳米高分子合金聚合物基料呈黑色，这给涂料工艺的配色带来了困难。因此，纳米钛高分子合金涂料目前只能配制成黑色和灰色系列。这是美中不足之处。考虑到涂层的美化装饰效果，可将其作为底涂、中涂漆作涂装设计。建议推荐作为内防腐蚀涂层较为合适。
2.纳米有机钛涂料的基体树脂选用环氧、酚醛、聚氨酯树脂，是为大型钢结构现场涂装施工而设计的产品，是常温固化型涂料，建议长期使用温度不超过120℃。
3.由于前期项目研发受条件所限，对于基础理论问题的研究还比较肤浅，尤其是对新型聚合物的机理研究，需要现代化的实验设备和检测分析仪器的配合，才能进入到较深次的研究与探讨。
4.建议将该项成果应用技术拓展到航天、航空、核能、海洋、船舶、桥梁、汽车等工业制造领域。
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DEVELOPMENT OF NANO TITANIUM POLYMER ALLOY COATING AND TEST REPORT FOR THIS MATERIAL APPLICATED IN OILFIELD ANTICORROSION FIELD
Yang Fan, Zhang tao, Zhang zhong-qiu, Zhang chi
Insititute of Industry Technology, Guangzhou & Chinese Academy of Sciences
Guangzhou 511458
Abstract: This paper introduced the preparation and performance evaluation of nano-titanium fluorinated https://www.doczj.com/doc/d68660640.html,paring the performances of titanium nanometer polymer alloy coating with the coatings used on oil well pipes at home and abroad, the result showed that the former coalting had obvio- us technologic advantages at adhesion, impact resis- tance, hardness, abrasion resistance, high temperatu- re resistance, high pressure resistance and other physical properties,and chemical corrosion resistance. In addition, this paper introduced the development and application prospect of this nano organic titaniu- m heavy anti-corrosion coating.
Key word: anticorrosion, nano organic titanium, polymer alloy, coating
生物医用钛合金材料及应用 摘要：随着生物技术的蓬勃发展和重大突破，生物医用钛合金的 需求量快速增长。不过，已被广泛应用的TC4及TC4ELI等医用钛合金 中因为V和Al元素存有的致病性，所以新型医用钛合金的研发在我国 具有重大的现实意义和广阔的市场前景。本文简述生物医用钛合金分类，基本性能和应用基础；指出了其在医用领域的发展趋势；并综述 了新型β钛合金的基本加工制备方法和性能评价方法。 关键词：医用钛合金；开发；研究进展；加工制 生物医用钛合金材料是专指用于生物医学工程的一类功能结构材料，具体指是用于外科植入物和矫形器械产品的生产和制造1。钛合金加工材的生产制备涉及冶金，压力加工，复合材料和化工等领域，是 世界上公认的高技术产品。钛及钛合金开始由航天、航空、国防军工 领域逐渐进入到民用消费领域2。诸如医疗卫生行业中的植入物，医疗器械；体育休闲业的钛高尔夫球杆以及钛眼镜架、钛手表、钛自行车 等产品，对钛加工材的需求量在持续增大。随着生物技术的蓬勃发展 和重大突破，生物医用金属材料及其制品产业将发展成为世界经济的 一个支柱产业3。其中，钛及其合金凭借着质轻，弹性模量低，无毒无磁，抗腐蚀，强度高、韧性好等优良的综合性能，于近年来的需求量 也出现了快速稳步的增长4。同时，随着钛合金开始进入整形外科等领域，新的潜在市场需求出现，未来钛合金市场将会出现更快速的增长。
1医用钛合金的研究进展 1.1医用钛合金的分类 钛合金按材料显微组织类型可分为：α型，α+β型和β型钛合金3类。 1.2医用钛合金的发展趋势 经文献调研8-14发现，国内外的相关研究学者一致认为医用钛合金的发展经历了三个标志性的阶段，第一阶段是以纯钛和Ti-6Al-4V 合金为代表的；第二阶段是以Ti-5A1-2.5Fe、Ti-6A1-7Nb为代表的新型α+β型合金；第三阶段是主要开发与研制具有更好生物相容性和更低弹性模量β-钛合金的阶段。理想的生物医用钛合金材料15必须满足有以下条件：良好的生物相容性、弹性模量低、密度低、防腐性能好、无毒、屈服强度高、疲劳寿命长、室温下有较大的塑性、易成形、易铸造等。而当前一直广泛应用于植入物材料的重要合金为Ti-6A1-4V和Ti-6A1-4VELI。有文献报道16-19V元素可引起恶性组织反应，可能对人体产生毒副作用，Al则会引起骨质疏松和精神紊乱等病
钛合金纳米重防腐涂料及其喷管工艺介绍 一、钛合金纳米粉末制备及检测 本项目利用高能球磨，并控制一定的物理化学条件，如惰性气体保护、加入键合剂、分散剂、助磨剂，通过碾碎、键合、再碾碎、再键合的反复过程，最终获得了组织和成份分布均匀的钛合金纳米粉末。超细化和键合化是一相对的动态过程。超细化的金属(合金)晶粒活性高、比表面大，易于团聚，若瞬间键合有机层和吸附保护气，可以有效地防止团聚的发生。被有机层键合的晶粒会再次破碎形成新的晶粒，再键合，如此反复进行，最后达到动态平衡。 制备工艺如下图所示： 图1-1钛合金纳米粉工艺流程示意图 平衡后的晶粒外表面键合了有机层并同时吸附保护性气体，因此这种粒子是钝化的纳米粒子，但其有机键合层并不影响这种金属(合金)晶粒大小的测定，我们通过X射线光电子能谱仪（XPS）对钛与其表面键合有机物的特征做了进一步的探讨。试样的制备是将经键合有机物的钛合金纳米粉在强溶剂中超声洗涤，随后高速离心分离，此过程反复三次，最后在氮气保护下得到干燥的钛合金纳米粉末。经中国科技大学X射线光电子能谱仪对这些粉末进行分析得到以下有价值的结果： （1）钛合金纳米粉末表面被有机化合物包覆
（2）表面覆盖层深度小于5nm，内部的金属钛能级信号Ti2P3清晰可见。（3）氧有两种形态，一种是-Ti-O-键，另一种是-C-O-键，这说明钛合金纳米粉和有机物之间形成了化学键合。经X射线衍射测定证明也是结晶体。因此可以用谢乐公式计算出三个衍射强峰的半峰宽，从而计算出晶粒的大小。经国防科技大学、中科院固体物理所、国家超细粉末工程研究中心测定，晶粒尺寸大多为10-50nm。高分辨透射电子显微镜的测定:经国家超细粉末工程研究中心、中国科技大学等单位用高分辨率透射电子显微镜测定，我们制备的钛合金纳米颗粒呈球状，直径小于50nm，相互之间成网络状连接。 二、钛合金重防腐涂料的制备及检测 我们制备的两种钛合金纳米粉易于和高分子化合物形成复合材料。由于键合剂是双官能团的有机物，因此键合了有机层的粒子带有活性基团，制备出的纳米合金粒子属于活性粒子，在适度的条件下易于和高分子化合物键合。如这种钛合金纳米粉用作涂料的颜填料，就能够和高分子树脂相键合，进一步交联固化形成键合网络型纳米涂料。因此这种涂料不是颜填料和高分子树脂简单的机械混合，而是一均相复合材料。制备的钛合金纳米重防腐涂料两次连续被评为“国家重点新产品”。 钛合金纳米重防腐涂料制备工艺如下： 各种树脂预研磨高速分散色浆 助剂填料钛钽合金纳米稀料 钛合金纳米 固化剂分散固化剂成品 稀料助剂 图2-1钛合金纳米重防腐涂料制备工艺流程 特殊的纳米网络结构，能有效地防止腐蚀介质的渗透，使涂料具有更为优异的耐蚀性及耐磨性，我们将其作为填料添加到涂料中制成纳米涂料钛钽合金和钛合金纳米涂料，发现它们具有优异的耐蚀性（环氧涂料和聚氨酯涂料中性盐雾试验超过3000小时，而添加普通微米级钛合金制备的涂料只有400小时）和优异
大学专业介绍之材料类2（高分子材料与工程 、材料科学与工程、复合材料与工程） 4．高分子材料与工程 培养德智体全面发展，具有良好的科学素养，掌握化学基本理论、基本知识和基本技能，经受过基础研究、应用研究、科技开发、科技管理等系统训练的高分子化学、高分子物理及高分子材料与加工方面的专门人才。系统地学习化学基础理论知识，接受严格基本技能训练。运用化学和物理的基本原理和方法，研究高分子材料的分子设计、合成、结构与性能关系，开发新材料及其应用。具有科研、开发、设计及工艺操作相结合的特点。 业务培养要求：本专业学生主要学习高聚物化学与物理的基本理论和高 1. 2. 3.掌握聚合物加工流变学、成型加工工艺和成型模具设计的基本理论 4.具有对高分子材料进行改性及加工工艺研究、设计和分析测试，并 5.
6.具有对高分子材料改性及加工过程进行技术经济分析和管理的初步 主干课程无机及分析化学、有机化学、物理（含物构）、仪器分析、化工原理、普通化学实验、无机化学实验、分析化学实验、有机化学实验、物理化学实验、仪器分析实验、化工原理实验、化工设备机械基础、化工仪表自动化、机械制图、高分子物理、高分子化学、高分子加工成型原理、高分子流变学、高分子化学实验、高分子物理实验等。 就业方向适宜到科研院所、高等院校从事科研、教学工作；适宜到与石油化工、化工、轻工、工程塑料、特种复合材料、耐高温高分子材料、高分子功能材料、粘合剂与涂料等相关的科研单位、企业、公司从事应用研究、科技开发、生产技术和管理工作。 5．材料科学与工程 材料科学与工程是研究金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料的组成、组织结构、制备成型工艺及服役性能之间规律的基本理论与工程应用的学科，是我国21世纪重点发展的专业之一。 培养目标 本专业培养具备宽厚的材料领域的基础知识与技能，能从事科研、技术开发、分析检测、工艺和设备设计、生产经营管理等方面的高级工程技术人才。 主要课程
钛合金的特性及其应用,材料工程学论文,工学论文 ［摘要］综述了钛合金材料的应用及研究现状，着重介绍了钛及钛合金的主要特性，加工性能及其在航空航天、军事工业和汽车制造方面的应用，并在此基础上展望了钛合金的发展方向。 ［关键词］钛合金特性加工性能应用领域 Ti在地壳中的丰度为0.56%(质量分数，下同)，在所有按元素中居第9位，而在可作为结构材料的金属中居第4位，仅次于Al、Fe、Mg，其储量比常见金属Cu，Pb，Zn储量的总和还多。我国钛资源丰富，储量为世界第一。钛合金的密度小，比强度、比刚度高，抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好，具有优良的综合性能，是一种新型的、很有发展潜力和应用前景的结构材料。近年来，世界钛工业和钛材加工技术得到了飞速发展，海绵钛、变形钛合金和钛合金加工材的生产和消费都达到了很高的水平，在航空航天领域、舰艇及兵器等军品制造中的应用日益广泛，在汽车、化学和能源等行业也有着巨大的应用潜力。 一、钛及钛合金的特性 钛及钛合金具有许多优良特性，主要体现在如下几个方面： 1.强度高。钛合金具有很高的强度，其抗拉强度为686—1176MPa，而密度仅为钢的60%左右，所以比强度很高。 2.硬度较高。钛合金(退火态)的硬度HRC为32—38。 3.弹性模量低。钛合金(退火态)的弹性模量为1.078×10－1.176×10MPa，约为钢和不锈钢的一半。 4.高温和低温性能优良。在高温下，钛合金仍能保持良好的机械性能，其耐热
性远高于铝合金，且工作温度范围较宽，目前新型耐热钛合金的工作温度可达550—600℃；在低温下，钛合金的强度反而比在常温时增加，且具有良好的韧性，低温钛合金在－253℃时还能保持良好的韧性。 5.钛的抗腐蚀性强。钛在550℃以下的空气中，表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜，故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及强碱中，其耐蚀性优于大多数不锈钢。 二、钛及钛合金的加工性能 1.切削加工性能 钛合金强度高、硬度大，所以要求加工设备功率大，模具、刀具应有较高的强度和硬度。切削加工时，切屑与前刀面接触面积小，刀尖应力大。与45钢相比，钛合金的切削力虽然只有其2/3—3/4，可是切屑与前刀面的接触面积却更小(只有45钢的1/2—2/3)，所以刀具切削刃承受的应力反而更大，刀尖或切削刃容易磨损；钛合金摩擦因数大，而热导率低(分别仅为铁和铝的1/4和1/16)；刀具与切屑的接触长度短，切削热积聚于切削刃附近的小面积内而不易散发，这些因素使得钛合金的切削温度很高，造成刀具磨损加（转载自文章资源库https://www.doczj.com/doc/d68660640.html,，请保留此标记。）快并影响加工质量。由于钛合金弹性模量低，切削加工时工件回弹大，容易造成刀具后刀面磨损的加剧和工件变形；钛合金高温时化学活性很高，容易与空气中的氢、氧等气体杂质发生化学反应，生成硬化层，同时进一步加剧了刀具的磨损；钛合金切削加工中，工件材料极易与刀具表面粘结，加上很高的切削温度，所以刀具易于产生扩散磨损和粘结磨损。 2.磨削加工性能 钛合金化学性质活泼、在高温下易与磨料亲和并粘附，堵塞砂轮，导致砂轮磨
第四课时§3.3.4 功能高分子材料复合材料 教学过程： 【引言】前面三节课，我们学习了传统意义上的有机高分子材料中的三大合成材料（塑料、合成纤维、合成橡胶），今天，我们来了解第四大合成材料（功能高分子材料）以及复合材料。 【板书】§3.3.4功能高分子材料复合材料 【过渡】何谓功能高分子材料？它的分类如何？它的性能和应用怎样？这些是我们这节课要弄清楚的。 【教师讲解】一、功能高分子材料： 1．功能高分子材料的定义：功能高分子材料是指既有传统高分子材料的机械性能，又有某些特殊功能的高分子材料。（它是一类性能特殊、使用量小、附加值高的高分子材料。是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的一种新型材料。）2．功能高分子材料的分类： 物理功能高分子材料如：导电材料、光敏性材料、液晶高分子材料 功能高分子材料分离功能高分子材料如：膜材料、吸附分离功能材料 化学功能高分子材料如：高分子试剂、高分子卤化剂3．日常生活中常见的几种功能高分子材料： 【投影】用高吸水性树脂制造的纸尿布高吸水性树脂 【教师讲解】（1）高吸水性树脂 高吸水性树脂是一种新型的功能高分子材料，它本身不溶于水或有机溶剂，与水接触时能在短时间内可吸收自身质量几百倍、上千倍，最高可达5300倍的水，即使挤压也很难脱水，被冠于“超级吸附剂”的桂冠，因此可用作农业、园林、苗木移植用保水剂。高吸水性树脂与苯、乙醇、三氯甲烷、四氯化碳、醋酸等化学试剂混合时，可使试剂脱水，却不与试剂发生化学反应。它吸收试剂中的水分后，变成一种凝胶状的物质。 【投影】 触摸屏导电橡胶按键
【教师讲解】（2）导电性材料 如果在高分子中加入各种导电物质，如铁粉、铜粉、石墨粉等，就可制成导电橡胶、导电塑料、导电涂料、导电胶粘剂等。 【投影】 人造心脏 【教师讲解】（3）医用高分子材料 a.性能：优异的生物相容性；很高的机械性能。 b.应用：制作人体的皮肤、骨骼、眼、喉、心、肺、肝、肾等各种人工器官。 【投影展示】 玻璃钢快船波音767飞机碳纤维网球拍 【过渡】不同的材料具有不同的性能，每种材料都有它的优缺点。如普通金属材料强度大，但易被腐蚀；普通陶瓷材料耐高温，但易碎裂；合成高分子材料强度大、密度小，但易老化。航天工业需要强度大、耐高温、密度小的材料。海洋工程需要耐高压、耐腐蚀的材料。有没有兼具它们优点的一种材料呢？复合材料的出现很好地回答了这个问题。 【板书】二、复合材料 【学生阅读】P108复合材料定义并回答。 【板书】1．复合材料的定义：复合材料是指两种或两种以上性质不同的材料组合而成的一种新型材料。其中一种材料作为基体，其他的材料作为增强剂。 【教师讲解】由于复合材料克服了单一材料的不足，一般具有强度高、质量轻、耐高温、耐腐蚀等优异性能，在综合性能上超过了任一单一材料，是材料科学领域的重大突破。【教师组织讨论】P109有一个“交流与讨论”栏目，请同学们举出实例来说明人们的日常生活越来越离不开复合材料。 【学生回答】日常生活中用的牙刷、塑料碗盆、地板、壁纸、人造心脏、人造骨、关节、网球拍、滑雪板、撑杆、弓箭…… 【教师组织练习】以上事实说明复合材料是人类赖以存在和发展的基础，那么，复合材料的组成怎样？请同学们阅读后完成下列练习：（投影） 1．复合材料是由基体材料和分散于其中的增强材料组成的。 2．钢筋混凝土中的混凝土是基体材料，分布于其中的钢筋是增强材料；石棉瓦用石棉作增
钛及钛合金的失效与其预防 钛及钛合金是20世纪50年代兴起的一种重要结构金属，被联合国《世界经济的未来》报告誉为继钢、铝之后21世纪的第三金属。钛及钛合金具有许多优异的性能，比如低密度，高熔点，高比强度，耐腐蚀性能优异，高低温性能好，无磁性，声波和振动的低阻尼特性，生物相容性好，具有超导特性、形状记忆和吸氢特性等，被称为“太空金属”和“海洋金属”，在航空航天、海洋开发、化工、冶金、电力、医用材料、体育休闲业、汽车等领域有着广阔的应用。 钛及其合金在航空航天领域[1]得以广泛应用，在航空发动机上不断取代铝合金、镁合金及钢构件。这得益于钛合金的高比强度远超过强度高而密度大的钢以及重量轻但强度较低的铝合金；并且钛合金的耐热性远高于铝合金，目前先进耐热钛合金的工作温度可达550℃~600℃，同时低温钛合金则在-253℃还能保持良好的塑性；另外钛及其合金优良的抗蚀性，特别是在海水和海洋大气中抗蚀性极高，这对舰载飞机、水上飞机以及沿海地区服役的飞机都十分有利。尽管钛合金具有诸多优点，但也存在一些缺点限制了它的应用。钛及其合金的弹性模量低，容易变形失稳，不宜作细长杆件和薄壁件；钛及其合金导热性差、摩擦系数高，容易导致粘连，不宜用作有摩擦关系的零部件；制造成本高等。 钛及其合金不仅在军事领域得到广泛应用，其在民用工业领域的应用也日益增多。由于这些钛制构件的受力状况和工作环境各不相同，其常见的失效模式主要有：1.疲劳断裂；2.腐蚀损伤，如钛合金的氧污染、应力腐蚀断裂、氢脆等； 3.摩擦损伤，如外物磨蚀、冲刷等； 4.失稳，由于刚性不够而在使用条件下失稳失效； 5.蠕变失效，包括变形过大、蠕变断裂、蠕变脆化等。 1. 疲劳断裂失效 疲劳断裂是零部件在交变载荷（应力或应变）反复作用下的累积损伤过程，这是钛合金零部件最主要的失效模式，如压气机颤振引起叶片的低周疲劳、振动引起转子叶片的高周疲劳等。 （1）低周疲劳断裂 金属在交变载荷作用下由于塑性应变的循环作用而引起的疲劳破坏叫做低周疲劳，也称塑性疲劳或应变疲劳。低周疲劳寿命很短，一般低于105周次。钢及铝合金在退火状态下一般表现为循环硬化，而大多数退火状态的钛合金在低周疲劳过程中一般表现为循环软化。循环软化或循环硬化是指金属材料在应变（应力）保持一定的情况下，应力（应变）在循环过程中下降（增高）或增高（下降）的现象。对结构件的设计而言，一般选用循环稳定或循环硬化的材料，而大多工业钛合金属于循环软化材料，在使用过程中，若处于应力控制，则会产生过量的塑性变形而使构件破坏或失效。 （2）高周疲劳断裂[2]
纳米材料在水性涂料中的应用 王勇,万德立,雷鸣,孙丽丽 (大庆石油学院材料科学与工程系,163318) 摘要:综述了目前国内外纳米粉体在水性涂料中的分散技术,介绍了对纳米粉体进行修饰和表面包覆改性方面的研究情况,分析了目前研究中存在的问题及发展趋势。 关键词:水性涂料;纳米材料;表面改性;环保;应用 0引言 纳米材料具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等特殊的性质,加入到涂料中可提高涂料的耐冲击、耐老化、耐腐蚀、抗紫外线等性能,并可以获得一些新的特殊功能如自清洁、抗静电、阻燃等[1]。因此,纳米复合涂料的开发和应用受到了人们的重视。 纳米材料在涂料中的应用大体上可分为两大类,一类是应用于油性涂料中,称之为溶剂型纳米涂料;另一类是应用于水性涂料中,称之为水性纳米涂料。前者具有耐化学品性、耐水性、涂膜附着力好、耐磨且保色性好等优点。但最大的缺点是含有机溶剂或有毒原料,在生产和施工使用过程中会造成环境污染和人体伤害。后者除具有前者的优点之外还具有无毒、无污染,成本低等优点[2],在环境问题日益严重的今天,具有环保性能的水性纳米涂料的研制和应用毫无疑问地成为了人们研究的热点。 1应用研究概况 目前,纳米材料在水性涂料中的应用形式主要有两种:一种是原位聚合法,另一种是共混法。所谓原位聚合法就是将纳米粒子与涂料中组成基体树脂的单体混合均匀后,在适当条件下引发单体聚合而成为水性纳米涂料;共混法则是将组成涂料的基体树脂与纳米粒子直接混合而形成水性纳米涂料。国内外对水性纳米涂料的研究主要通过以下几种途径。 1.1直接添加纳米粉体作为涂料的增强材料 在水性纳米涂料研制与开发的热潮中,起初人们普遍采用直接使用纳米粉体作为涂料的添加剂,然后利用机械方法进行分散的常规制备技术。 王雪松,等[3]利用导静电纳米金属氧化物颗粒,以水为分散介质,选用不同分散助剂和研磨工艺,制备了纳米级导静电水分散浆料。陈新州[4]利用纳米材料作增强剂,用基料、体质颜料、助剂和去离子水研制了一种具有独特的光催化功能和自洁功能的水性复合型纳米涂料。曾玉燕[5]通过实验表明在水性体系中,采用六偏磷酸钠作为表面活性剂可以明显提高纳米TiO2在水溶液中的分散性能,且TiO2粉体浓度低时,粒子表面吸附的分散剂较多,悬浮液体系稳定性较高。李锡凯,等[6]选用D-M纯丙乳液,在外墙涂料中加入纳米级TiO2、SiO2等粒子,提高了涂料的耐沾污能力。黄桂平[7]在涂料中加入纳米级材料及成膜助剂等,通过高速搅拌,制得了一种提高了韧性、耐老化、防水等性能的环保型外墙纳米涂料。李昌龙[8]研发了一种水溶性的环保纳米涂料,原材料主要采用了纳米材料,由纳米填料、纳米杀菌剂、纳米颜料配制而成,具有超强自洁、防菌、可有效降解室内有害物质等功能。 尽管纳米粉体分散到涂料中可以提高涂料的某些特性,但使用常规的机械分散方式制备的水性纳米涂料难以保证纳米粉体分散的有效性;更无法抑制已分散的纳米微粒的二次自聚集现象。因为在水性介质中,纳米粉体高的表面能和比表面积能强烈吸附水性介质,反应生成R—OH基结构,使得粉体间的相互作用力和粉体的表面活性增强。况且, R—OH基间易发生聚合反应或生成新的连接物,导致了纳米粉体极易产生团聚,不易分散,而常用的脂肪醇、胺、脂肪酸、硅氧烷等改性剂都不适合在水性介质中使用。所以,如何选用适当的表面活性剂,使纳米粉体能更有效地分__散在水性介质中成为摆在人们面前的重要研究课题。
纳米材料在涂料中的应用 纳米材料是近年来发展起来的一种新型高性能材料，认识这种材料的性能和拓展其应用领域，是许多材料工作者非常感兴趣的课题。着重介绍了近年来国内外有关纳米材料在涂料中的应用和研究开发情况，并对其发展方向提出了一些建议。 纳米材料的晶粒尺寸、晶界尺寸、缺陷尺寸均在100nm以下，随着晶格数量大幅度增加，材料的强度、韧性和超塑性都大为提高，对材料的电学、磁学、光学等性能产生重要的影响。 纳米材料有四个基本的效应，即小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应，因而出现常规材料所没有的一些特别性能，如高强度和高韧性、高热膨胀系数、高比热和低熔点、奇特的磁性和极强的吸波性等，从而使纳米材料已获得和正在获得广泛的应用，如以纳米二氧化铁改性做成的陶瓷，其硬度和强度是普通陶瓷的3-4倍；以纳米碳管作为金属表面上的复合镀层，其耐磨性要比轴承钢高100倍，摩擦系数为0.06-0.1；用纳米材料制造电子器件，可使电子产品的体积大大缩小，电子元件信息存储量大为增加；以纳米材料做成的磁性材料在高频场中具有巨磁阻抗效应，已成为铁氧体用于功能变压器、脉冲变压器、高频变压器、扼流圈、互感器磁头、传感器等的有力竞争者。 以无机纳米材料与有机高分子树脂复合，通过精细控制无机纳米粒子均匀分散在高聚物基体中以制备性能更加优异的新型涂料是近几年的事，国内外有关这方面的报道正在不断增加。 1 国外研究概况 国外将无机纳米材料用于涂料中的一个最成功例子莫过于军事隐身涂料，用纳米级的碳基铁粉、镍粉、铁氧体粉末改性的有机涂料到飞机、导弹、军舰等武器上，使该装备具有隐身性能，因为纳米超细粉末具有很大的比表面积，能吸收电磁波，同时纳米粒子尺寸远小于红外及雷达波波长，对波的透过率很大，因此不仅能吸收雷达波，也能吸收可见光和红外线，由它制成的涂层在很宽的频带范围内可以逃避雷达的侦察，同时也有红外隐身作用。现在，隐身涂料作为隐身技术的关键技术之一，已不仅仅用于飞航导弹等飞行器上，最新的发展是几个主要工业化国家和军事强国已开始将隐身涂料技术应用于海军舰艇、隐身装甲车、隐身水雷、隐身火炮、隐身坦克、隐身车辆、隐身雷达、隐身通讯系统、隐身
上海大学 本科生课程论文论文题目：钛合金在多领域的应用与发展 课程名称： 课程号： 学生姓名： 学生学号： 所在学院：材料科学与工程学院 日期：2015.05.24
摘要：钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。本文综述了钛合金在航空航天飞行器、热氢处理、发动机、高温钛合金、生物医用材料等方面的应用与发展。 关键词：钛合金；航空；氢；发动机；生物医用材料 钛合金在航空方面的应用与发展 钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好、耐高温等优点。从20世纪50年代开始,钛合金在航空航天领域中得到了迅速的发展。钛合金是当代飞机和发动机的主要结构材料之一,可以减轻飞机的重量,提高结构效率。在飞机用材中钛的比例,客机波音777为7%,运输机C-17为10.3%,战斗机F-4为8%,F-15为25.8%,F-22为39%。 高性能航空发动机的发展需求牵引着高温钛合金的发展,钛合金的使用温度逐步提高,从20世纪50年代以Ti-6Al-4V合金为代表的350℃,经过IMI679和IMI829提高到了以IMI834合金为代表的600℃。目前,代表国际先进的高温钛合金有美国的Ti-6242S,Ti-1100,英国的IMI834,俄罗斯的BT36以及中国的Ti-60。表2为600℃主要高温钛合金的成分及性能特点。 Ti-6242S(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si)钛合金是美国于20世纪60年代为了满足改善钛合金高温性能的需要,特别是为了满足喷气发动机使用要求而研制的一种近α型钛合金。合金的最高使用温度为540℃,室温的σb=930 MPa。特点是具有强度、蠕变强度、韧性和热稳定性的良好结合,并具有良好的焊接性能,主要应用于燃气涡轮发动机零件,发动机结构板材零件,飞机机体热端零件。 BT36(Ti-6.2A1-2Sn-3.6Zr-0.7Mo-0.1Y-5.0W-0.15Si)合金是俄罗斯于1992年研制成功的一种使用温度在600～650℃的钛合金。合金中加入了5%W和约0.1%Y。加入W对提高合金的热强性有明显作用。加入微量Y可以明显地细化合金的晶粒,改善了合金的塑性和热稳定性。 Ti60(Ti-5.8 Al-4.8 Sn-2.OZr-1.0 Mo-0.35Si-0.85Nd)合金由中国科学院金属研究所在Ti55合金基础上改型设计、宝鸡有色金属加工厂参与研制的一种600℃高温钛合金。Ti60合金的特点之一是合金中加入了1%Nd(质量分数),通过内氧化方式形成富含Nd、Sn和O的稀土相,降低基体中的氧含量,从而起到净化基体,改善合金热稳定性的作用。Ti60合金已进行了半工业性中试试验(包括压气机盘模锻)和全面性能测定。 根据国内外研究现状,未来高温钛合金的发展趋势是:(1)研制600℃以上的新型高温钛合金。可对现有高温钛合金的成分进行调整,改进加工工艺,或研发新的高温钛合金,提高高温钛合金的使用温度。(2)稀土元素在高温钛合金中的作用尚待进一步研究。我国研制的含稀土元素的高温钛合金其使用温度已达到600℃,其各项性能显示均为良好。但稀土元素在合金
钛合金纳米重防腐涂料防腐机理与常规涂料比较 钛合金纳米重防腐涂料表现出较常规重防腐涂料优异的耐酸、碱、盐、海水、油品的性能。究其原因可能是多方面的，其中有些因素通过检测可以得到证实。因此，我们在现有认识的基础上加以分析，与专家们探讨。 钛合金耐蚀性、钝化膜与阴极保护 钛合金与钛正常处于钝化状态。此时，它的表面由一层钝化膜保护。钛合金钝化有三大特点： ①强烈的钝化倾向 ②稳定电位范围宽 ③钝态下不易被Cl-破坏。 钛合金纳米也承袭了这种特性，只要涂层中钛合金纳米达到一定浓度，涂层也处于钝化状态，在各种腐蚀介质中可以维持极低的腐蚀电流，即腐蚀十分缓慢。故在上述酸、碱、盐、海水中表现出长时间稳定特性。钛合金耐蚀性显着特点是对氯化物、氧化性介质、海水有突出的耐蚀性能，被誉为“海洋金属”。与之相反，大多数不锈钢对氯化物、海水敏感，点腐蚀、应力腐蚀在PPm级Cl-条件下可以发生。因此，我们可以解释钛合金纳米涂层在氯化物、海水、部分酸中处于钝化状态，表现出优异的耐蚀性能。在这种状态下，涂层对基层钢铁起着阴极保护作用。只要钝化状态不破坏，钢板就不被腐蚀。这也是我们选择钛合金纳米作为涂料活性添加剂的初衷。 纳米活性与化学键合 纳米技术使材料的常规性能发生了“变异”而引起广泛的重视和研究，就钛合金纳米而言，我们通过检测其比表面积达到18㎡/g以上。通过光电子能谱分析，发现其与C、H、O有化学键合信息，键合力的结合强度应明显高于化学吸附，更高于普通颜填料的吸附力和机械结合力。钛合金纳米粒子高活性悬空键，与包覆树脂配位形成上述强有力的化学键合。同时由于树脂的闭环打开，形成开环的羟基与醚键进一步与成膜树脂形成化学键合与吸附，并形成新的活性开环，与钢铁基面发生化学键合与吸附，这就大大改善了涂层附着力。清华、北大的专家在产品鉴定会上，海军技术研究所通过检测均对钛合金纳米技术和具备高附着力这一特点给予很高评价。 网络结构与层障效应 涂层内部“网络结构”是一种理想结构，因为常规涂层颜填料颗粒粗大，与成膜物质只是简单的物理结合和吸附，在高倍显微镜下可以观察到它们之间的微小间隙。涂层的破坏由于介质的腐蚀强度和外力作用，溶液分子大多是从这些间隙向涂层内部开始渗透的，涂层对溶液分子穿透阻力决定了涂层的寿命！一旦渗透发生，就会一步步扩大到基层钢铁表面。随后，按一般腐蚀规律扩展而致钢铁破坏！ 通过电镜清晰观察到钛合金纳米颗粒之间已经形成了“网络”，ESP分析又进一步提供了钛合金
钛纳米工艺介绍 一、外除工序： 1、卸接箍 在此工序中，要上紧循环外丝保护油管丝扣，保证油管丝扣在过外除时，不被钢砂损伤。 2、过油管外壁清理机 注意根据油管外壁的漆膜厚度，调整油管的进给频率，保证除锈效果。 3、打标 打标的位置以及每根油管标识的唯一性，重点就是油管的批次不能出现混乱。 4、入台车炉 400℃高温烧结，根据油管铅油的厚度以及油管的清洁程度定4-6小时不等的烧结时间。 二、内除工序： 1、首先保证内除的易损件的库存量 2、根据不同的管材来确定不同的内除工艺 N80平式油管小车进给频率为7HZ，J55平式油管小车进给频率为7.5HZ，对于加厚油管以及特殊油管，根据内壁的清理情况（锚纹的深度和密度）再定工艺。 3、内除高压空气吹扫管子 在吹扫空气的时候，首先要放空，不能将水分吹进管路中。 4、质检人员的检验
质检人员对每一根油管进行严格的检验，从是否有氧化皮，油管是否有硬伤（丝扣等是否损坏），油管内壁的锚纹深度和密度，油管内壁的清洁度这四方面检验，对油管内壁的清洁度进行保留存档。 三、喷涂工序： 1、喷涂要对管子喷两遍，根据一遍油管的涂层厚度，根据室温，根据给料泵以及铜管的出料量。来确定二遍油管涂层的厚度。 2、根据室温以及一遍、二遍涂层的厚度来确定在炉内的保温时间。 3、质检人员的检验方面，根据标准以及日常检验的经验，来确定油管的评定等级。 四、成品的组装： 1、人工清理油管丝扣的异物（残留的钛纳米涂料，小细钢砂等）。 2、丝扣涂抹铅油，保证铅油要涂抹均匀，不能太多也不能太少。 3、打标处上接箍，尾扣端上护帽。 4、根据不同的管子类型，确定不同的拧扣机扭矩值。 5、质检人员主要对油管接箍的J值进行抽检，人工在清理过多的铅油时，要检查是否存在外漏扣等现象。 五、油管的自然凉晒 刚生产出来的油管，室温在25℃以上的自然存放7天方可下井。冬季在0℃-10℃时要存放15天左右，0℃以下长时间存放。切不可刚生产的油管直接下井。
钛合金在多领域的应用 与发展 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
上海大学 本科生课程论文 论文题目：钛合金在多领域的应用与发展 课程名称： 课程号： 学生姓名： 学生学号： 所在学院：材料科学与工程学院 日期 摘要：钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。本文综述了钛合金在航空航天飞行器、热氢处理、发动机、高温钛合金、生物医用材料等方面的应用与发展。 关键词：钛合金；航空；氢；发动机；生物医用材料 钛合金在航空方面的应用与发展 钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好、耐高温等优点。从20世纪50年代开始, 钛合金在航空航天领域中得到了迅速的发展。钛合金是当代飞机和发动机的主要结构材料之一,可以减轻飞机的重量,提高结构效率。在飞机用材中钛的比例,客机波 音777为7%,运输机C-17为%,战斗机F-4为8%,F-15为%,F-22为39%。 高性能航空发动机的发展需求牵引着高温钛合金的发展,钛合金的使用温度逐 步提高,从20世纪50年代以Ti-6Al-4V合金为代表的350℃ ,经过IMI679和 IMI829提高到了以IMI834合金为代表的600℃。目前,代表国际先进的高温钛合金有美国的Ti-6242S,Ti-1100,英国的IMI834,俄罗斯的BT36以及中国的Ti-60。表 2为600℃主要高温钛合金的成分及性能特点。 Ti-6242S钛合金是美国于20世纪60年代为了满足改善钛合金高温性能的需要,特别是为了满足喷气发动机使用要求而研制的一种近α型钛合金。合金的最高使用温度为540℃,室温的σb=930 MPa。特点是具有强度、蠕变强度、韧性和热稳定性 的良好结合,并具有良好的焊接性能,主要应用于燃气涡轮发动机零件,发动机结构 板材零件,飞机机体热端零件。 BT36合金是俄罗斯于1992年研制成功的一种使用温度在600～650℃的钛合金。合金中加入了5%W和约%Y。加入W对提高合金的热强性有明显作用。加入微量Y可以明显地细化合金的晶粒,改善了合金的塑性和热稳定性。 Ti60 合金由中国科学院金属研究所在Ti55合金基础上改型设计、宝鸡有色金属加工厂参与研制的一种600℃高温钛合金。Ti60合金的特点之一是合金中加入
钛及钛合金的防腐应用 钛的另一个显著特点是耐腐蚀性强，这是由于它对氧的亲合力特别大，能在其表面上生成一层致密的氧化膜，可保护钛不受介质腐蚀。金属钛在大多数水溶液中，都能在表面生成钝化氧化膜。因此，钛在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性，比现有的不锈钢和其它有色金属的耐腐蚀性都好，甚至可与铂比美。但是，如果在某种介质中，能连续溶解钛表面氧化膜时，则钛在这种介质中便会受到腐蚀。例如，钛在氢氟酸、浓的或热的盐酸、硫酸和磷酸中，由于这些溶液溶解钛表面氧化膜，所以钛被腐蚀。如果在这些溶液中加入氧化剂或某些金属离子时，则钛表面氧化膜便会受到保护，此时钛的稳定属于增加。 一．化学工业 在化工生产中，用钛代替不锈钢、镍基合金和其它稀有金属作为耐腐蚀材料,这对增加产量，提高产品质量，延长设备使用寿命、减少消耗、降低能耗、降低成本、防止污染、改善劳动条件和提高生产率等方面都有十分重要的意义。 近年来，我国化工用钛的范围不断扩大，用量逐年增加，钛已成为化工装备中主要的防腐蚀材料之一。其主要应用于蒸馏塔、反应器、压力容器、热交换器、过滤器、测量仪器、汽轮机叶片、泵、阀、管道、氯碱生产电极、合成塔内衬、其它耐酸设备内衬等。钛作为一种优良的用于化工装置中的耐腐蚀结构材料，已经确立了它的地位，也愈来愈引起工程技术人员的重视。 1氯碱工业 钛在各种酸、碱、盐介质中，除上述四种无机酸和腐蚀性很强的氯化铝外，都具有很好的稳定性。所以，钛是化学工业中优良的抗腐蚀材料，得到了越来越广泛的应用。例如，在氯碱工业中使用钛金属阳极和钛制湿氯气冷却器，收到很好的经济效果，被誉为氯碱工业中的一大革命。 氯碱工业是重要的基本原料工业，其生产和发展对国民经济影响很大。这是因为钛对氯离子的耐腐蚀性能优于常用的不锈钢和其它有色金属。目前氯碱工业中广泛采用钛来制造金属阳极电解槽、离子膜电解槽、湿氯冷却器、精制盐水预热器、脱氯塔、氯气冷却洗涤塔等。这些设备的主要零部件过去多采用非金属材料（如石墨、聚氯乙烯等），由于非金属材料的力学性能、热稳定性能和加工工艺性能不够理想，造成设备笨重、能耗大、寿命短，并影响产品质量和污染环境。因此，我国自70年代以来，开始陆续用金属阳极电槽和离子膜电槽代替石墨电槽，用钛制湿氯冷却器代替石墨冷却器，均取得良好的效果。 例如：钛制湿氯冷却器的应用。食盐电解生产烧碱要产生大量的高温湿氯气，温度一般在75~95℃，需要经过冷却和干燥才能使用。 我国食盐电解制取氯气的生产，以前因为冷却工艺不合理或因冷却设备的腐蚀问题影响
高分子复合材料的研究现状与展望 高分子复合材料的研究现状与展望 研究领域的一个研究热点。复合材料可以发挥各种材料的优点，避其弱点，可充分利用和节约资源，因此科技界将复合材料作为一类新型材料来研究。例如玻璃钢，因质轻、坚硬，机械强度可与钢材相比，已成功用于印刷电路板、汽车车身、船体等领域。 复合材料与陶瓷、高聚物、金属并称为四大材料。其已成为衡量一个国家或地区的复合材料工业水平的标志之一，是国家安全和国民经济具有竞争优势的源泉。有关研究报道指出，到2020年，复合材料性能潜力可获得20%~25%的提升. 随着工业现代化的发展，设备的集群规模和自动化程度越来越高，同时针对设备的安全连续生产的要求也越来越高，传统的以金属修复方法为主的设备维护工艺技术已远远不能满足高新设备的维护需求，对此需要研发针对设备预防和现场解决的新技术和材料，为此诞生了包括高分子复合材料在内的更多新的维护技术和材料，满足新设备运行环境的维护需求。 1、高分子材料研究现状 高分子材料是以高分子化合物为基础的材料，由巨量原子以共价键结合形成相对分子量大、具有重复结构单元的有机化合物。高分子材料按来源分为天然高分子材料、合成高分子材料、半合成高分子材料。生活中的高分子材料很多，如蚕丝、棉、麻、毛、玻璃、橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等.
我国在高分子材料的开发和综合利用虽起步较晚，但高分子材料为我国的经济建设做出了重要的贡献，已建立了完善的高分子材料的研究、开发和生产体系，取得了进步。目前，我国应提高整体科研水平，致力于创新的高分子聚合反应和方法，开发出绿色功能和智能材料，满足工业和新技术的需求，提高人们生活质量。 高分子材料对我们未来的影响是不可预测的，随着科技的发展，高分子材料也可以具有其他材料的特性，成为最全面的材料，能满足人类在工业、医药、航天方面对新材料的需求，造福人类。 2、复合材料研究现状 复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。其特点是比强度和比模量大、比重小。例如碳纤维与环氧树脂复合的复合材料，其比强度、比模量比钢和铝合金的比强度、比模量大数倍，且具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能. 纤维增强材料的另一个特点是各向异性，可按制件不同部位的强度要求设计纤维的排列。以碳纤维和碳化硅纤维增强的铝基复合材料，在500℃时仍能保持足够的强度和模量。碳化硅纤维与钛复合，耐热性高，耐磨损，可作发动机风扇叶片。碳化硅纤维与陶瓷复合，使用温度可达1500℃，比超合金涡轮叶片的使用温度高得多。碳纤维增强碳、石墨纤维增强碳或石墨纤维增强石墨，构成耐烧蚀材料，已用于航天器、火箭导弹和原子能反应堆中。非金属基复合材料由于密度小，用于汽车和飞机可减轻重量、提高速度、节约能源。用碳纤维和玻璃纤维混合制成的复合材料片弹簧，其刚度和承载能力与重量大5倍多的钢片弹簧相当。
广州健邦化学有限公司新产品 钛纳米高分子合金涂料 一、组成与分类 钛纳米高分子合金涂料是由钛纳米高分子聚合物与改性树脂、颜填料、助剂等材料组成制备的一种新型聚合物涂料产品。根据聚合物的构成，其涂料产品分为浅井油井管防护涂料、深井油井管防护涂料、石化设备管道重防腐涂料、船舶与海洋工程重防腐涂料、海底管道超长效防腐涂料等近30个品种。 从成膜干燥机理上分类，有单组份烘干型涂料和双组份常温固化型涂料；从VOC排放上分类，有无溶剂型、有溶剂型和水稀释型涂料；从耐候性分类，有水上和水下品种之分；从配套性上分类，有封闭底漆、防腐底漆、中间漆和面漆之分；从用途上分类，用产品名称直观地加以区分。 二、产品与特性 ◆高耐蚀性：具有金属钛和高分子材料耐腐蚀双重特性，可耐各种酸、碱、盐等强腐蚀介质，尤其在海水中的服役寿命预期可超过40年； ◆超耐久性：具有耐天然老化、抗紫外线、耐电化学腐蚀和阴极剥离特性，比目前在用的传统防腐涂料(如环氧、聚氨酯、氯化橡胶漆)产品，寿命可提高3~5倍，经试验，通过了5000h盐雾和20000h人工加速老化测试； ◆高耐磨性：涂层铅笔硬度可达6~9H，韧性可达到1mm，呈现出硬而不脆的特性，因此，耐磨性也超过其它所有涂层材料； ◆耐高温性：由于其基体为金属高聚物，具有优异的耐热性能，涂层可长期在250℃严酷工况环境下服役，并可承受高温环境下的酸性介质(如HF、H2S、CO2、HCl等)的腐蚀； ◆导静电性：其基体金属聚合物本身具有导电性，无须添加任何导静电材料，涂层表面电阻率＜10-7Ω，具有良好的导静电、抗杂闪电流特性； ◆抗辐射及吸波性：金属钛为无磁性材料，纳米钛与高分子材料结合，具有吸收和屏蔽电磁波功能，国外最早应用于潜水艇涂层，具有隐身军事用途。三、产品与用途 钛纳米高分子合金涂料系列产品，依据基体聚合物特性，具有如下用途： 1.以纳米有机钛聚芳醚酮共聚物为基体的涂料产品，聚合物本身具有醚酮基
钛纳米重防腐涂料与普通防腐涂料比较 Document serial number【KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108】
钛合金纳米重防腐涂料防腐机理与常规涂料比较 钛合金纳米重防腐涂料表现出较常规重防腐涂料优异的耐酸、碱、盐、海水、油品的性能。究其原因可能是多方面的，其中有些因素通过检测可以得到证实。因此，我们在现有认识的基础上加以分析，与专家们探讨。 钛合金耐蚀性、钝化膜与阴极保护 钛合金与钛正常处于钝化状态。此时，它的表面由一层钝化膜保护。钛合金钝化有三大特点： ①强烈的钝化倾向 ②稳定电位范围宽 ③钝态下不易被Cl-破坏。 钛合金纳米也承袭了这种特性，只要涂层中钛合金纳米达到一定浓度，涂层也处于钝化状态，在各种腐蚀介质中可以维持极低的腐蚀电流，即腐蚀十分缓慢。故在上述酸、碱、盐、海水中表现出长时间稳定特性。钛合金耐蚀性显着特点是对氯化物、氧化性介质、海水有突出的耐蚀性能，被誉为“海洋金属”。与之相反，大多数不锈钢对氯化物、海水敏感，点腐蚀、应力腐蚀在PPm级Cl-条件下可以发生。因此，我们可以解释钛合金纳米涂层在氯化物、海水、部分酸中处于钝化状态，表现出优异的耐蚀性能。在这种状态下，涂层对基层钢铁起着阴极保护作用。只要钝化状态不破坏，钢板就不被腐蚀。这也是我们选择钛合金纳米作为涂料活性添加剂的初衷。 纳米活性与化学键合 纳米技术使材料的常规性能发生了“变异”而引起广泛的重视和研究，就钛合金纳米而言，我们通过检测其比表面积达到18㎡/g以上。通过光电子能谱分析，发现其与C、H、O有化学键合信息，键合力的结合强度应明显高于化学吸附，更高于普通颜填料的吸附力和机械结合力。钛合金纳米粒子高活性悬空键，与包覆树脂配位形成上述强有力的化学键合。同时由于树脂的闭环打开，形成开环的羟基与醚键进一步与成膜树脂形成化学键合与吸附，并形成新的活性开环，与钢铁基面发生化学键合与吸附，这就大大改善了涂层附着力。清华、北大的专家在产品鉴定会上，海军技术研究所通过检测均对钛合金纳米技术和具备高附着力这一特点给予很高评价。 网络结构与层障效应 涂层内部“网络结构”是一种理想结构，因为常规涂层颜填料颗粒粗大，与成膜物
“化学与国防”课程论文 授课学期2013 学年至2014 学年 第一学期 学院化学与药学学院 专业应用化学 学号201110901084 姓名韦利娜 任课教师刘延成 交稿日期 成绩 阅读教师签名 日期 广西师范大学学工部（处）制
钛合金在国防工业上的应用 学院：化学与药学学院专业：应用化学姓名：韦利娜学号：201110901084 摘要：钛合金在国防高技术和武器装备的发展中占有极为重要的地位。它能降低军用飞机的重量,改善机动性能从而极大地提高其战斗力和生存能力;提高航空发动机的推重比;提高舰船搜索、发现、跟踪和反监护能力以及减轻武器重量,延长使用寿命。正因如此,世界各军事强国在其先进的战机、导弹、核潜艇、兵器等武器装备上都大量使用钛合金,并有逐步增加的趋势。此外，钛合金有很好的应用前景。 关键词：钛合金、特点、国防、应用 一、钛合金的特点 （一）钛元素的发现 钛元素发现于1789年，1908年挪威和美国开始用硫酸法生产钛白，1910年在试验室中第一次用钠法制得海绵钛，1948年美国杜邦公司(DUPONT)才用镁法成吨生产海绵钛，这标志着海绵钛即钛工业化生产的开始。反应过程如下： TiO2+Cl2 →TiCl4 TiCl4+Mg →Ti 可见钛材生产过程中涉及剧毒化学介质氯气（二战中的化学武器）和贵金属镁，而且反应过程需要大量的能量，这就是钛材昂贵的原因。这个过程冶炼出来的钛材还不能用于生产，因为它还是多孔疏松状的，形似海绵，称为海绵钛，海绵钛将被置于真空自耗电弧炉中冶炼出钛锭，用于板材、棒、管子及其他形式钛材的生产。 （二）钛合金的特性 钛合金具有很多优良性能，钛的比重为4.5g/cm3,仅为普通结构钢的56％，而其具有钛合金的强度高，很好的耐热和耐低温性能能在550℃高温下和零下250℃低温下长期工作而保持性能不变，很好的抗腐蚀能力,把钛合金放在海水中泡上几年，仍能保持光亮。此外，钛的导热系数小、无磁性，某些钛合金还具有超导性能、记忆性能和贮氢性能等功能。正因这些优点，钛金属被称为“太空金属”、“海洋金属”以及21世纪最有发展前景、继钢铁、铝之后的第三金属。目前，钛金属的造价昂贵，使用最多的是航空航天、舰船、兵器等军事工业部门，以用于国防[1]。