CN102430508A - 一种碳钢容器上耐热碱的聚四氟粉末静电涂层 - Google Patents

Abstract

本发明是一种碳钢制压力容器内壁防腐聚四氟粉末静电涂层，主要用于有热碱腐蚀的碳钢制压力容器。涂层的涂装工艺主要是由喷涂工序和烘烤烧结工序组成，喷涂时，在容器内用静电发生器将聚四氟粉末涂料喷涂在压力容器内壁；在涂层烘结固化后，制成能耐热碱的内壁喷塑碳钢制压力容器。本发明操作简单，成本低，制成的喷塑压力容器防腐性能好，大大延长了压力容器的使用寿命。本发明既可以用于新容器的制造，也可以用于在用容器的现场修复。

Description

一种碳钢容器上耐热碱的聚四氟粉末静电涂层

技术领域

本发明涉及聚四氟乙烯粉末涂装防腐涂层，尤其是一种用于有热碱腐蚀的碳钢制压力容器内壁的聚四氟乙烯粉末静电喷涂涂层。它适合于大型容器内壁，在化工、石油化工、印染等行业中的碳钢制压力容器的防腐处理，可有效防止热碱介质引起的钢制压力容器发生“碱脆”等应力腐蚀开裂。本发明属于压力容器技术范围，涉及压力容器防腐蚀技术。

背景技术

本发明所指的碳钢容器是指以热碱为介质的氧化铝蒸发器。该容器工作在强碱和高温腐蚀环境下，其内部荷性碱浓度达到20～30％、温度140～160℃、压力达0.3MPa。容器壳体通常选用20R、Q345R等优质碳钢材料制造。这种材料在使用一段时间后经常会在焊缝附近发生开裂、泄露。返修后使用不久又会在返修部位再次泄露。经分析，这种开裂属于“碱脆型”应力腐蚀开裂。中国有色金属工业总公司河南铝厂、山西铝厂等的自然循环大型蒸发器在焊缝部位发生大面积的开裂事故，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。经研究，聚四氟乙烯是一种氟高聚物，具有防腐蚀作用。而粉末静电喷涂法，也具有施工方便、效率高、涂料利用率高、涂层质量好和容易实现自动化等优点。因此，发明人将此方法作为应对这一问题的方案。

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、防腐蚀效果好的非金属耐蚀涂料，有效隔离碱液直接作用于焊缝，以保护焊缝免遭热碱液的侵蚀，从而避免热碱压力容器的应力腐蚀开裂，延长氧化铝蒸发器的安全使用寿命。

由于热碱液在蒸发器中上下循环流动、蒸发浓缩，对内壁有强烈的冲刷、磨损和腐蚀作用，因此普通的非金属涂层或其它衬里很难适应这种苛刻的工况。发明人首先对焊缝开裂的原因进行了分析，针对其失效机理，设计了几种能有效抵抗热碱液腐蚀和冲刷磨损的非金属涂层，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静电涂装工艺进行了优化，以保证可在现场进行涂装和涂装后具有较高的涂层质量。

本发明包括底层和面层。其中，底层主要是用于增强涂层和金属基体的结合强度，同时具有良好的抗碱液侵蚀性能；面层主要考虑耐蚀性、耐热性和耐冲刷性。

底层的室温磷化液配方：磷酸二氢锌：50～70g/L；硝酸锌：80～100g/L；亚硝酸钠：0.2～1.0g/L。

面层是由聚四氟乙烯组成，其中涂层厚度为0.5～1.5mm。

本发明工艺过程如下：

首先使用20～40目金刚砂对金属基体表面进行喷砂，去除金属基体表面的氧化层和污物，使表面粗糙度达到15～25μm。然后采用可在现场喷涂的非金属粉末静电喷涂设备，将聚四氟乙烯粉末涂料喷涂到金属表面上，最后在加热板进行烘烤烧结成膜。

本发明操作简单，成本低廉，涂层厚度均匀，经过涂装的压力容器具有很好的防热碱腐蚀能力。

具体实施方式

以下具体描述本发明的实施例。

喷涂设备选用JJPT-1型静电粉末喷涂机。

在静电喷涂过程中，喷枪头带负高压，钢制压力容器接地做正极。这样就在钢制压力容器与喷枪头之间形成很强的电场，喷枪头部的尖端产生电晕放电，使电场内充满了电子，当粉末从喷枪内喷出时捕捉了一定量的电子，形成带负电荷的粉末粒子，这些带电粉末受到静电力和喷枪气流的双重作用，被吸附到与其极性相反的容器内壁上，经过加热使氟树脂粉末塑化成膜，即在容器内表面上附着了一层牢固的氟树脂涂层。

粉末静电喷涂设备主要包括高频高压静电发生器、手提式静电喷粉枪、供粉系统、烘烤装置。喷涂时将压力容器接地，喷枪接通电源，将压缩空气送入粉末氟涂料中使其成为雾状，经输送管关入喷枪。

喷涂工艺流程

容器内表面处理：主要是对预涂表面进行脱脂、除锈。由于静电的作用，凡是要进行涂装的金属表面都能吸附粉末，而形成涂层，因此对于不需要涂敷的部位，在预热前必须进行蔽覆保护。静电喷涂一般不需要预热，只有涂层较厚时才需要预热，预热温度：180～200℃。

具体喷涂工艺参数如表1。

表1静电喷涂涂装工艺参数表

喷涂工序结束之后，再将压力容器1用加热板进行加温烘烤，进入烘烤烧结工序。涂装后的容器在烧结固化后，要进行冷却处理。以便获得透明、光泽度高和韧性好的涂层，提高涂层的抗冲击性能。

此后对容器进行后处理，即对烧结成膜后的涂层进行修补和后热处理。修补是指对涂层可能出现的缺陷进行修补和完善，保证涂层的致密性。后热处理是指加热防脆处理，由于在高温冷却过程中容易产生内应力、致使涂层变脆，甚至破裂。后热处理时将烧结固化的涂层首先在120～150℃温度下保温一段时间，然后再缓解慢冷却至室温，可以使涂层的韧性得到改善。

本发明制备的聚四氟乙烯涂层，经模拟实际工况的应力腐蚀试验验证，其结果表明，有涂层保护的试样比无涂层保护的试样应力腐蚀开裂周期延长了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(如氯碱厂蒸发器)上，还可以解决热碱液引起的应力腐蚀开裂和泄漏问题。

本发明既可以用于新容器的制造，也可以用于在用容器的现场修复。

Claims (6)

1.一种碳钢容器上耐热碱的聚四氟粉末静电涂层，包括(1)压力容器预涂装面须经过磷化处理；(2)涂层所用的涂料是聚四氟乙烯粉末涂料；(3)粉末涂料须用静电喷涂工艺；(4)对聚四氟涂层进行烧结处理；(5)对涂装后的压力容器进行后热处理。本发明的特征在于：给碳钢制压力容器壳体内表面采用静电喷涂方法喷涂聚四氟乙烯粉末涂料，以延长容器在热碱介质的腐蚀和冲刷作用下的使用寿命。

2.按照权利要求1所述碳钢容器上耐热碱的聚四氟粉末静电涂层，其特征在于：所述的底层是一种锌系磷化膜，磷化工序的作用是使容器表面具有一定的活性，以获得均匀、致密的磷化膜，达到增强涂层附着力和耐蚀性的要求。磷化膜具有致密和与金属基体结合强度高的特点，其厚度为3～8μm。

3.按照权利要求1所述碳钢容器上耐热碱的聚四氟粉末静电涂层，其特征在于：所述的面层为聚四氟乙烯粉末涂层，其涂层厚度为0.5～1.5mm。

4.按照权利要求1所述碳钢容器上耐热碱的聚四氟粉末静电涂层，其特征在于：所述的涂层利用静电喷涂设备进行涂装。

5.按照权利要求1所述碳钢容器上耐热碱的聚四氟粉末静电涂层，其特征在于：所述的涂层是经过烧结固化处理的。

6.按照权利要求1所述碳钢容器上耐热碱的聚四氟粉末静电涂层，其特征在于：所述的涂层在烧结固化后进行后热处理。后热处理是将烧结固化后的涂层在120～150℃温度下保温一段时间，然后再缓解慢冷却至室温。