本发明涉及合金材料
技术领域：
，尤其涉及一种锆钛合金及其制备方法和应用。
背景技术：
：《世界水资源综合评估报告》的预测结果表明：预计到2025年，全球总人数将达到83亿，生活在水资源紧张或者时常缺水国家的人口，会从1990年的3亿增加到2025年的30亿，这意味着，全世界1/3以上的人口将遭受中高度到高度的缺水压力。如何有效地利用淡水资源、控制江河湖泊污染，净化水问题已然成为世界各国政府共同关注的环境议题。然而，现在的大部分污水处理构件使用的是传统不锈钢，传统不锈钢构件耐腐蚀能力不高，易腐蚀，使用年限短，给工业设备维修带来了极大的不便，所以寻求一种新的耐腐蚀能力高的材料迫在眉睫。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种锆钛合金及其制备方法和应用，本发明提供的锆钛合金耐腐蚀能力强，应用于污水处理，具有良好的耐腐蚀性能。为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：本发明提供了一种锆钛合金，包括以下组分：zr20～51wt.％，al5～7wt.％，v3～5wt.％，余量为ti。本发明还提供了上述技术方案所述锆钛合金的制备方法，包括：将对应上述方案所述锆钛合金组分的原料依次进行熔炼、变形处理和固溶处理，得到锆钛合金。优选的，所述熔炼的温度为2500℃～3000℃。优选的，所述熔炼在氩气氛围下进行。优选的，所述熔炼的次数为6～10次，每次熔炼的时间为40～50s。优选的，所述变形处理的方式为轧制，所述轧制的温度为800～1000℃。优选的，所述轧制为多道次轧制；首次轧制前，将熔炼得到的铸态坯加热至相应的轧制温度，保温0.5～1h，其余每次轧制前，将熔炼得到的铸态坯加热至相应的轧制温度，保温5～10min。优选的，所述轧制总的变形量为65～70％，每道次轧制的变形量为8～13％。优选的，所述固溶处理的温度为轧制温度，所述固溶处理的时间为0.5～1h。本发明另提供了上述技术方案所述锆钛合金或上述技术方案所述制备方法制备得到的锆钛合金在污水处理中的应用。本发明提供了一种锆钛合金，包括以下组分：zr20～51wt.％，al5～7wt.％，v3～5wt.％，余量为ti。本发明的锆钛合金各组分配合作用，使锆钛合金呈现良好的耐腐蚀性能。实施例结果表明，将本发明的锆钛合金用于ph值为2的重金属污水处理，锆钛合金的腐蚀速率仅为0.01～1.39mg/cm2，而不锈钢的腐蚀速率为6.63mg/cm2，表明本发明提供的锆钛合金具有良好的耐腐蚀性能。此外，由本发明的锆钛合金制备的污水处理设备连续工作时间可达30年。具体实施方式本发明提供了一种锆钛合金，包括以下组分：zr20～51wt.％，al5～7wt.％，v3～5wt.％，余量为ti。本发明的锆钛合金各组分配合作用，使锆钛合金呈现良好的耐腐蚀性能。本发明还提供了上述技术方案所述锆钛合金的制备方法，包括：将对应上述技术方案锆钛合金组分的原料依次进行熔炼、变形处理和固溶处理，得到锆钛合金。本发明将原料依次进行熔炼、变形处理和固溶处理，得到锆钛合金。在本发明中，所述原料对应上述技术方案中所述锆钛合金的组成。在本发明中，所述原料优选为金属锆、金属铝、金属钒和金属钛，所述金属锆、金属铝、金属钒和金属钛的纯度优选大于等于99.9％。本发明对所述原料的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知来源的原料即可。本发明在将所述原料进行熔炼前，优选还包括对所述原料依次进行清洗和干燥。本发明对所述清洗和干燥的实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的清洗和实施方式即可。本发明将原料进行熔炼，得到铸态合金坯。在本发明中，所述熔炼的温度优选为2500℃～3000℃。本发明所述熔炼优选在氩气氛围下进行，所述氩气的纯度优选≥99.999％；本发明优选将原料反复进行熔炼，所述熔炼的次数优选为6～10次，更优选为8次，每次熔炼的时间优选为40～50s，对原料反复进行熔炼有利于合金成分更加均匀。本发明对所述熔炼的设备没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的熔炼设备即可。得到铸态合金坯后，本发明对铸态合金坯进行变形处理。在本发明中，所述变形处理的方式优选为轧制，所述轧制的温度优选为800～1000℃。本发明所述轧制优选为多道次轧制，首次轧制前，优选将铸态合金坯加热至相应的轧制温度，保温0.5～1h，进一步优选保温0.5h；其余每次轧制前，优选将铸态坯加热至相应的轧制温度，保温5～10min，进一步优选保温5min。在本发明中，所述多道次轧制优选每次轧制的温度相同。在本发明中，所述轧制总的变形量优选为65～70％；每道次轧制的变形量优选为8～13％，进一步优选为10％。本发明所述轧制后，得到的锆钛合金板材的厚度优选为4～5mm。本发明对所述轧制的实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的轧制方式即可。轧制后，本发明将轧制后得到的锆钛合金板材进行固溶处理。在本发明中，所述固溶处理的温度优选为轧制温度；所述固溶处理的时间优选为0.5～1h；所述固溶处理的冷却方式优选为空冷至室温。本发明所述固溶处理能够使得到的锆钛合金的成分更加均匀，固溶处理后锆钛合金的组织结构完全转变为在室温下稳定存在的α相，有利于提高其耐腐蚀性能。本发明对所述固溶处理的实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的实施方式即可。固溶处理后，本发明优选还包括将固溶处理后的锆钛合金板材表面的氧化皮打磨干净，并将其洗净，最终制得上述技术方案所述的锆钛合金。本发明对所述打磨和洗净的实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的打磨和洗净方式即可。本发明另提供了上述技术方案所述锆钛合金或上述技术方案所述制备方法制备得到的锆钛合金在污水处理中的应用。本发明所述应用优选为：将锆钛合金加工成污水处理设备，对污水进行处理。本发明所述污水优选为强酸、强碱或含重金属离子的污水；所述强酸污水的ph值优选为2～3，进一步优选为2，所述强碱污水的ph值优选为12～13，进一步优选为12，所述重金属离子污水优选含有fe和cu离子的污水，所述fe离子的浓度优选为0.18～0.20mg/l，进一步优选为0.18mg/l；所述cu离子的浓度优选为0.06～0.10mg/l，进一步优选为0.06mg/l。下面结合实施例对本发明提供的锆钛合金及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。实施例1将金属锆、金属钛、金属铝和金属钒清洗干燥后，按照51wt.％zr，40wt.％ti，5wt.％al，4wt.％v进行配料，然后将配好的原材料放入真空非自耗电弧熔炼炉中，充入高纯氩气作为保护气体后在3000℃进行熔炼，熔炼过程中，要反复熔炼八遍使得合金成分更加均匀。将熔炼得到的铸态坯放入马弗炉中(kl-13、天津市凯恒电热技术有限公司)加热到1000℃，保温半小时，迅速取出在双辊轧机(200型二辊轧机、燕山大学轧机研究所)上进行多道次轧制变形，每道次下压1.5mm，变形量为10％，轧制后，放入马弗炉重新加热至1000℃并保温5分钟，该铸态坯最终轧制成厚度为4.5mm的合金板，其最终变形量达65％。将最终轧制成4.5mm的合金板放在1000℃下保温0.5h，然后空冷至室温，将制备出的合金板材表面的氧化皮打磨干净，并将其洗净，最终制得锆钛合金。实施例2将金属锆、金属钛、金属铝和金属钒清洗干燥后，按照20wt.％zr，70wt.％ti，6wt.％al，4wt.％v进行配料，然后将配好的原材料放入真空非自耗电弧熔炼炉中，充入高纯氩气作为保护气体后在2800℃进行熔炼，熔炼过程中，铸锭要反复熔炼八遍使得合金成分更加均匀。将熔炼得到铸态坯放入马弗炉中(kl-13、天津市凯恒电热技术有限公司)加热到930℃，保温半小时，迅速取出在双辊轧机(200型二辊轧机、燕山大学轧机研究所)上进行多道次轧制变形，每道次轧制后，放入马弗炉重新加热至930℃并保温5分钟，铸态坯最终轧制成厚度为5mm的合金板，其最终变形量达70％。将最终轧制成5mm的合金板放在930℃下保温0.5h，然后空冷至室温，将制备出的合金板材表面的氧化皮打磨干净，并将其洗净，最终制得锆钛合金。实施例3将金属锆、金属钛、金属铝和金属钒清洗干燥后，按照30wt.％zr，60wt.％ti，6wt.％al，4wt.％v进行配料，然后将配好的原材料放入真空非自耗电弧熔炼炉中，充入高纯氩气作为保护气体后在2500℃进行熔炼，熔炼过程中，铸锭要反复熔炼八遍使得合金成分更加均匀。将熔炼得到铸态坯放入马弗炉中(kl-13、天津市凯恒电热技术有限公司)加热到800℃，保温半小时，迅速取出在双辊轧机(200型二辊轧机、燕山大学轧机研究所)上进行多道次轧制变形，每道次轧制后，放入马弗炉重新加热至800℃并保温5分钟，铸态坯最终轧制成厚度为5mm的合金板，其最终变形量达65％。将最终轧制成5mm的合金板放在800℃下保温1h，然后空冷至室温，将制备出的合金板材表面的氧化皮打磨干净，并将其洗净，最终制得锆钛合金。实施例4将金属锆、金属钛、金属铝和金属钒清洗干燥后，按照47wt.％zr，42wt.％ti，6wt.％al，5wt.％v进行配料，然后将配好的原材料放入真空非自耗电弧熔炼炉中，充入高纯氩气作为保护气体后在3000℃进行熔炼，熔炼过程中，铸锭要反复熔炼八遍使得合金成分更加均匀。将熔炼得到铸态坯放入马弗炉中(kl-13、天津市凯恒电热技术有限公司)加热到800℃，保温半小时，迅速取出在双辊轧机(200型二辊轧机、燕山大学轧机研究所)上进行多道次轧制变形，每道次轧制后，放入马弗炉重新加热至800℃并保温5分钟，铸态坯最终轧制成厚度为4mm的合金板，其最终变形量达68％。将最终轧制成4mm的合金板放在800℃下保温1h，然后空冷至室温，将制备出的合金板材表面的氧化皮打磨干净，并将其洗净，最终制得锆钛合金。耐腐蚀性测试将实施例1～4的锆钛合金板以及传统的不锈钢(316l)分别切出3个15mm*15mm*3mm浸泡样，以确保实验结果的可靠性和真实性。然后用砂纸打磨至5000#后进行抛光，直到在金相显微镜下看不到划痕为止，并用无水乙醇在超声波中清洗15min。在做失重试验之前测量试样的质量和尺寸，进行记录，并分别在丙酮和无水乙醇中进行超声波清洗15min。将清洗干净的试样分别放在15个40*25的称量瓶中用含有重离子的废水(成都航天通讯公司废水ph值＝2(hcl、h2so4、hf；含fe0.18mg/l、cu0.06mg/l))浸泡，浸泡温度为室温。浸泡周期为10天，每隔2天对试样分别用丙酮和无水乙醇进行清洗15min，吹干，称量并记录，然后再换新的浸泡液进行浸泡。根据记录数据计算腐蚀速率，结果见表1。表1实施例1～4的钛合金及传统不锈钢的耐腐蚀速率编号实施例1实施例2实施例3实施例4不锈钢腐蚀速率mg/cm20.011.390.660.086.63由表1可知，本发明制备得到的锆钛合金相较于传统不锈钢材料应用于污水处理，腐蚀速率明显下降，具有更优异的耐腐蚀性能。由以上实施例可知，本发明提供了一种锆钛合金及其制备方法和应用，本发明制备的锆钛合金耐腐蚀能力强，应用于污水处理，具有良好的耐腐蚀性能。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12