一種用于阻垢的銅基觸媒合金及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種用于阻垢的銅基觸媒合金及其制備方法，按重量百分比包括如下組分：Cu：40%-70%、Ni：5%-20%、Zn：10%-35%、Sn：5%-30%、Ag：0.5%-20%、Fe：0.1-8%、Sb：0.01%-2%、Mn：0.05%-5%，所述各組份經化合形成一種沿S100晶軸定向生長的柱狀晶體合金。本發明專利技術所屬的用于阻垢的銅基觸媒合金在不改變流體化學成分前提下，應用先進的弱電復合阻垢機理，阻止水垢的生成，并具有很強的溶解水垢能力。運行過程不需要額外維護，無磁無電，不需要外加電源。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開了，按重量百分比包括如下組分：Cu：40%-70%、Ni：5%-20%、Zn：10%-35%、Sn：5%-30%、Ag：0.5%-20%、Fe：0.1-8%、Sb：0.01%-2%、Mn：0.05%-5%，所述各組份經化合形成一種沿S100晶軸定向生長的柱狀晶體合金。本專利技術所屬的用于阻垢的銅基觸媒合金在不改變流體化學成分前提下，應用先進的弱電復合阻垢機理，阻止水垢的生成，并具有很強的溶解水垢能力。運行過程不需要額外維護，無磁無電，不需要外加電源?！緦＠f明】—種用于阻垢的銅基觸媒合金及其制備方法
本專利技術涉及一種合金材料，特別涉及。
技術介紹
流體結垢問題在石油、熱電及其他工業和民用領域中涉及流體傳輸和循環的系統中廣泛存在。大多數情況下，工業管路系統中的流體均為單質或混合溶液狀態，其中溶質的溶解度又與溶液組成成分、總鹽度、總離子濃度、溫度、壓力、氣體分壓、PH值、流速等眾多因素相關。一旦溶液系統的溶解條件發生變化，溶質溶解度也會隨之改變。當溶解度下降，使得溶質含量處于過飽和狀態，溶質就會析出。當析出溶質沉積在容器壁面時，就導致結垢。水處理
中一般將析出的非水溶性沉積物成為水垢，其中最常見的是CaCO3和MgCO30以碳酸鈣為例，成垢陽離子為Ca2+或Mg2+，成垢陰離子為碳酸根或碳酸氫根。當溶解條件一定時，溶液系統中的鈣鎂離子、酸根離子和一定量的碳酸鈣和碳酸鎂分子處于一個相對平衡狀態。當溶解條件發生變化時，一方面，溶解度發生變化使得溶解的碳酸鈣和碳酸鎂分子析出沉淀。另一方面，鈣鎂離子與酸根離子結合生成新的碳酸鈣和碳酸鎂分子，發生結垢現象。碳酸鈣的成垢反應主要是由于鈣離子與碳酸根離子或碳酸氫根離子結合形成的。如果能夠通過一定的技術手段將金屬離子的正電荷或酸根離子的負電荷中和掉，會大幅度降低陰陽離子的結合速率，從而顯著降低成垢速率?；瘜W阻垢法是通過添加藥劑的方法改變了溶液系統的成分、酸堿度和離子濃度來產生阻垢效果。如前所述，化學法因為需要改變溶液系統的成分，其應用正受到越來越多的約束。長期以來人們一直在進行科研，尋找具有防垢的新型金屬材料。
技術實現思路
專利技術目的:本專利技術旨在提供，在不改變溶液系統成分和酸堿度的條件下，通過銅基觸媒合金持續釋放自由電子，降低溶液系統的陽離子濃度，從而降低成垢指數，來達到阻垢的目的。
技術實現思路
:一種用 于阻垢的銅基觸媒合金，按重量百分比包括如下組分:Cu:40%-70%、N1:5%-20%、Zn:10%_35%、Sn:5%_30%、Ag:0.5%_20%、Fe:0.1-8%, Sb:0.01%_2%、Mn:0.05%-5%，所述各組份經化合形成一種沿SlOO晶軸定向生長的柱狀晶體合金。它在不改變溶液系統成分和酸堿度的條件下，通過持續釋放自由電子，降低溶液系統的陽離子濃度，從而降低成垢指數，來達到阻垢的目的。Cu-Ni 二元合金具有優異的化學穩定性，在各種環境中耐腐蝕性能非常出色，冷熱加工性能優異，成本適中。Cu-Ni合金系雖然電負性小于溶液，但由于化學穩定性很好，其失電子能力并不強。因此，又在Cu-Ni 二元合金基礎上，選擇Zn和Ag元素作為合金元素進行添加。其中，Zn元素的電負性為1.65，是常見元素中電負性最小的金屬兀素之一，能夠與Cu-Ni合金形成穩定的三兀合金。Ag兀素的電負性為2.34,是常見元素中處理稀土和放射性元素以外電負性最大的合金元素之一。Ag在Cu-N1-Zn合金中幾乎不溶，主要以游離態出現，通過合理的成分控制和熱加工工藝能夠獲得理想的分布狀態，是理想的正極材料。隨著Ag含量的增加，活化電流逐漸增大。活化電流越大，釋放電子的能力越強，單位流量的銅基觸媒合金用量越少，整體成本更具優勢。本專利技術所述的用于阻垢的銅基觸媒合金的制備方法，包括如下步驟:按所述各組分的重量百分比準備原材料，原材料純度為99.9%以上的塊狀物，其體積小于或等于2cm3 ；在感應爐坩堝內鋪入Icm~3cm厚的木炭，按重量計將Cu料的一半均勻鋪在木炭上，然后在Cu料上均勻鋪入全部Ni塊，再鋪入Icm~3cm厚的木炭，開爐升溫至900°C -1lOO0C，待全部金屬熔化后，加入全部Fe、Sb塊體，攪拌至金屬全部溶化后再加入全部Mn塊體，保溫3分鐘~8分鐘，使熔體金屬脫氣；然后按照Zn、Sn、Ag和剩余的Cu順序加入，慢速攪拌，待金屬全部熔化后，去浮渣，使熔體溫度降低至1150°C~1280°C，將熔體金屬注入澆筑型模具中，冷卻5分鐘~15分鐘至金屬表面結殼形成金屬錠，然后水冷至室溫，取出金屬錠。反應機理:當流體流經銅基觸媒合金時，在兩者之間能夠形成30y A左右的活化電流。此電流的持續作用將使溶液中的溶劑分子產生極化效應，形成溶劑分析的偶極子。極化的偶極子與帶電荷的成垢離子重新排列，形成新的成垢離子耦合物，呈懸浮態分布在溶液系統中，進一步降低了發成成垢反應的可能性。同時可以明顯降低垢鹽因電荷吸附產生的壁面沉積效應，減少鈣鎂垢在管路壁面的沉積。溶劑偶極子與成垢陰陽離子的組合示于圖1。碳酸鈣、碳酸鎂等不溶性分子的結晶形態在電流作用下也會發生改變。碳酸鈣、碳酸鎂分子一般有兩種結晶形態:一種是“大理石型”結構，質地堅硬，吸附性強，總分子量較大，是正常條件下鈣鎂垢的常見形態。另一種是“文石型”結構，質地松軟，吸附性不強，總分子量較小。一般在弱電場持續作用下形成。由于在工作時能夠在銅基觸媒合金與流體間形成弱電場，因此可以促進“文石型”垢鹽的形成，同時使已有的垢鹽發生“大理石型”結構向“文石型”結構的轉變 ，使已經板結的垢層逐漸松軟脫落，達到管路系統除垢的目的。隨著垢層的脫落，管壁金屬表面逐漸裸露。極化后的偶極子與裸露金屬表面將發生壁面效應，使管壁金屬表面沉積一定厚度的成垢離子耦合物(厚度約500 iim)。這層耦合物將管壁金屬與流體系統隔開，在一定程度上起到了管壁防腐的作用。由于耦合物沉積是通過偶極子與壁面金屬的靜電吸附產生的，與普通垢層的沉積生長過程原理不同，因此，耦合物沉積層的厚度不隨時間變化，而只與管路系統的流速和壓降有關。壁面金屬與極化偶極子的吸附效應示于圖2。有益效果:本專利技術所述的配方和制備方法所獲得的銅基觸媒合金為沿SlOO晶軸定向生長的柱狀晶體合金。它在不改變流體化學成分前提下，應用先進的弱電復合阻垢機理，阻止水垢的生成，并具有很強的溶解水垢能力。運行過程不需要額外維護，無磁無電，不需要外加電源。當流體中含有過量的自由電子時，成垢陽離子的電荷被自由電子中和，使其難以與酸根結合成垢。過量自由電子的存在增加了流體的離子濃度，成垢指數下降，C02分壓上升，使得垢鹽的溶解度增加，產生一定溶垢效應。同時，弱電場的持續作用會導致垢鹽晶體發生“方解石型”向“文石型”轉變，垢鹽晶體變得疏松，與壁面結合力降低，導致已經板結的垢層逐漸松脫溶解。因此，銅基觸媒阻垢器工作一定時間達到穩定期后，流體和管路逐漸形成一個動態平衡，流體始終處于離子過飽和態流動，壁面垢層厚度不再與時間相關，而只與流速相關。實驗表明，將0 40臟銅基觸媒合金試片在500011^/11101濃度碳酸鈣溶液中，流速1000mm/s，25°C室溫環境下測得的活化電流與時間的關系示于圖3。從圖3看本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于阻垢的銅基觸媒合金，其特征在于，按重量百分比包括如下組分：Cu：40%?70%、Ni：5%?20%、Zn：10%?35%、Sn：5%?30%、Ag：0.5%?20%、Fe：0.1?8%、Sb：0.01%?2%、Mn：0.05%?5%，所述各組份經化合形成一種沿S100晶軸定向生長的柱狀晶體合金。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉東，孫俊杰，魯禮民，
申請(專利權)人：南京超旭節能科技有限公司，
類型：發明
國別省市：