CN102367559A

CN102367559A - 一种碳钢容器耐热碱腐蚀的合金涂层

Info

Publication number: CN102367559A
Application number: CN2011103107007A
Authority: CN
Inventors: 魏安安; 李艳斌; 王友华
Original assignee: Changzhou University
Current assignee: Changzhou University
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2012-03-07

Abstract

本发明是一种能明显延长介质为热碱的氧化铝蒸发器使用寿命的合金涂层。喷涂时，用电弧喷涂法在设备表面喷涂铁基镍铬合金，然后进行封孔处理。本发明操作简单，涂层附着力强，耐热碱冲刷腐性能好。既可用于新容器的制造，也可用于在用容器的现场修复。

Description

一种碳钢容器耐热碱腐蚀的合金涂层

技术领域

本发明所指的碳钢容器是指碳钢制氧化铝蒸发器，是用于氧化铝生产装置中的关键设备。本发明涉及介质为热碱的碳钢制压力容器内表面热喷涂耐蚀合金涂层，尤其是一种适合于碳钢制氧化铝蒸发器内表面喷涂的，耐应力腐蚀开裂的合金涂层，所采用的喷涂方法为电弧喷涂。本发明属于钢制设备防腐蚀技术范畴。既可用于新制造的容器，也用于在用蒸发器的现场修复。

背景技术

对于工作在强碱和高温腐蚀环境下，苛性碱浓度达到20％～30％，温度140～160℃，压力0.3MPa的氧化铝蒸发器，其壳体通常选用20g、20R、Q345R等优质低碳钢所制造。在应力与上述腐蚀环境的共同作用下，常导致该类设备焊缝部位发生“碱脆型”应力腐蚀开裂。河南铝厂、山西铝厂等的自然循环大型蒸发器在焊缝部位层多次发生开裂、泄露事故，经分析这种事故就是属于碱脆引起的应力腐蚀开裂，使容器使用寿命大大降低，严重影响企业安全生产和经济效益。

面对这样的问题人们在现有技术下常用的方法主要有：一是选用高性能耐蚀材料来制造这类压力容器，二是采用现代表面防蚀技术，三是利用缓蚀剂和电化学保护。腐蚀虽然是不可避免的，但通过上面的方法可以减缓腐蚀，提高压力容器的抗腐蚀性，但有的收效甚微，有的成本太高，不能令人满意。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题，开发一种成本低、防腐蚀效果好的耐蚀材料，有效隔离碱液与容器壳体钢板，以保护钢板(尤其是焊缝)免遭热碱液的侵蚀，从而避免盛装热碱的压力容器的应力腐蚀开裂，延长其安全使用寿命。

由于热碱溶液在蒸发器中上下循环、蒸发浓缩，对内壁有强烈的冲刷腐蚀作用，热碱的温度可达160℃，因此普通的非金属涂层或普通不锈钢材料很难适应这种苛刻的工况。发明人在对开裂原因进行分析的基础上，设计了多种对热碱冲刷腐蚀有一定抵抗能力的合金涂层。经模拟现场实际工况的应力腐蚀加速试验，对比涂层的耐蚀性和耐冲刷性，从中优选出最佳涂层。考虑到必须在现场施工，本发明结合现场工作条件对电弧喷涂工艺进行了优化实验，以保证可在现场进行涂装并保证涂装后涂层具有良好的耐蚀性能。

电弧喷涂是利用两根连续送进的金属丝之间产生的电弧作为热源来熔化金属，利用压缩空气把熔化的金属雾化，并加速雾化的金属液滴使之喷向基体表面形成涂层的技术。喷涂时，两根端部呈一定角度(30°-50°)且连续送进的金属丝分别连接到直流电源的正极和负极，在金属丝端部短接的瞬间，产生的电弧使金属丝熔化，同时由高速气流使熔化的金属雾化成颗粒并加速，使其撞击到工件的表面形成涂层。在电弧和雾化气流的作用下，两金属丝的端部频繁地进行着金属熔化——熔化金属脱离——熔滴雾化成微粒的过程。在每一过程中，电源电压保持恒定，极间距离频繁地发生变化，由于电弧喷涂设备的电流具有自调节特性，电流就会跟随着极间距离而发生频繁地波动，从而实现自动维持金属丝的稳定熔化。另外电弧电流也会随着送丝速度的加快而增大，这样就实现了连续喷涂作业。喷涂示意图见附图1。

附图说明：

图1是电弧喷涂原理图；图2是电弧喷涂机实物图；图3是电弧喷涂工艺过程图。

具体实施方式

以下结合附图1具体描述本发明的实施例。

喷涂设备应具有便于移动、操作方便、等适于现场使用的特点。如美国SULZER METCO公司生产的FLEXI ARC 300型移动式电弧喷涂设备，FLEXI ARC 300型电弧喷涂机见附图2。

移动喷涂设备主要由喷涂电源、送丝机构、喷枪和压缩空气系统等组成。

使用的喷涂材料为电弧喷涂专用铁基镍铬合金喷涂丝材，直径为1.6mm，其主要化学成分如表1所示。

表1铁基镍铬合金化学成分(质量分数)

该丝材可以形成良好的防腐合金涂层，同时与钢铁基体材料具有良好的结合力，无需过渡层打底就可以实施喷涂。另外，该丝材形成的涂层表面致密性及硬度都较好，所以在各种钢质机器零件、泵类叶片的修复上也可广泛应用。

所用空气压缩机的最大排气压力为0.8MPa，排气量应大于或等于2m³/min。

电弧喷涂工艺过程包括喷涂前基体表面的预处理，喷涂涂层和涂层后处理等三个步骤，相应的工艺流程见附图3所示。

1)喷前预处理

表面预处理是整个热喷涂作业中非常重要的一个环节。严格遵守表面预处理的工艺规程，是保证涂层获得成功的前提。因此为了获得良好的涂层质量，必须采用正确的表面制备方法。表面制备方法主要分为表面净化处理和表面粗化处理。在生产实际中，应根据零件的实际表面状态来选用合适的表面预处理工艺，在保证涂层质量的前提条件下，尽可能采用简单的表面预处理工艺，以降低涂层成本。

喷涂时用0.5～1.5mm粒度范围(24目)的铸钢砂磨料进行表面喷砂处理，使得工件表面除锈达到Sa3等级——出白级，即表面出现灰白色、均匀一致的金属光泽，并形成适合涂层附着的微小波纹。喷砂时空气压力为0.4MPa，喷砂距离为100～150mm，以在较强的光线下，从多个角度观察喷砂面，均无反射亮斑时，即为合格。喷砂完毕后，使用压缩空气吹扫经过喷砂处理的表面，清除喷砂过程残留的锈灰和低凹处残留的磨料，使得工件表面没有任何油脂、灰尘、可见的氧化皮、锈垢、腐蚀产物、氧化物或者其它污染物。然后用丙酮溶液清洗经过喷砂的表面，清洗后要保护好喷涂表面，防止二次污染。

在电弧喷涂的过程中，主要工作是设置好设备的工艺参数，以实现预期的涂层性能。电弧喷涂的主要工艺参数有：喷涂电压、喷涂电流、雾化空气压力和喷涂距离等。

具体喷涂工艺参数如下表：

电弧喷涂工艺参数如表2所示。在喷涂时需要严格执行各个设定的参数，以便保证涂层质量。涂层厚度为0.3～1.0mm。

表2试验电弧喷涂工艺参数

喷涂工序结束之后，为了消除涂层固有的缺陷并改善涂层性能，以便得到防腐性能良好的涂层，需要对电弧喷涂的涂层进行封孔处理。

封孔剂为烘烤型聚酰亚胺树脂，丙酮作为稀释剂，采用浸泡和刷涂结合的方式进行施工。室温操作，先用毛刷刷涂工件的涂层表面，再将涂层浸入封孔剂中保持20分钟，取出后再刷涂一遍，最后进行8小时室温条件固化。如果在180℃左右进行固化，2小时即可完成。第一种固化方式，在现场施工时无需保温操作，施工方便，成本低。

本发明制备的合金涂层，经实验室模拟实际工况的应力腐蚀加速试验测定，经涂层保护的带焊缝试样比未经涂层保护的带焊缝试样应力腐蚀开裂周期延长9倍以上，

本发明可推广应用于铝厂和各类冶金、化工企业大型热碱压力容器，解决热碱液引起的应力腐蚀开裂和泄漏问题。

Claims

1.一种用于碳钢制氧化铝蒸发器耐热碱引起的应力腐蚀开裂的合金涂层，包括(1)能够喷涂到碳钢设备表面的铁基镍铬合金；(2)用于合金涂层表面封孔用的封孔剂；(3)用于这种涂层的施工工艺及设备。本发明的特征在于：所述的合金涂层能够明显延长碳钢制的氧化铝蒸发器在热碱介质中的使用寿命。

2.按照权利要求1所述的合金涂层，其特征在于：所述的合金涂层材料是铁基镍铬合金，其中C含量为0.08％，Cr含量为17～18％，Ni含量为13～14％，Mn含量为2％，Si含量为1％，其余为Fe元素；材料形状为丝状；涂层厚度为0.3～1.0mm。

3.按照权利要求1所述封孔剂为烘烤型聚酰亚胺树脂，并用丙酮作为稀释剂，采用浸泡和刷涂结合的方式进行施工。

4.按照权利要求1所述施工工艺及设备，其特征在于：所述的喷涂方法为电弧喷涂，喷涂工艺中电弧电压为20～22V，工作电流为260～290A，雾化压力为0.5～0.6MPa，喷涂距离为150～190mm；所用的主要喷涂设备为电弧喷涂机和空气压缩机。其中空气压缩机的最大排气压力为0.8MPa，排气量应大于或等于2m³/min。