CN104046939A - 一种用于lng气化器表面防腐复合涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于LNG气化器表面防腐复合涂层的制备方法，本发明在LNG气化器表面制备一层（Al-Mg）＋（Al-Zn）复合涂层，Mg的线胀系数介于Al和Zn之间，过渡层的形成将显著改善铝合金基体与Al-Zn涂层的结合强度，表面Al-Zn涂层则具有优良的耐腐蚀性能，大幅度改善LNG气化器表面涂层的整体防腐性能，即使表层Al-Zn涂层腐蚀穿孔，Al-Mg电极电位低，将优先腐蚀，仍可起到保护基材的作用，此外，喷涂后也可在LNG气化器表面进行环氧树脂封闭或喷塑处理，进一步提高耐海水腐蚀性能，本发明采用表面喷涂技术形成梯度涂层，获得结合强度高、表面抗海水冲刷和均匀腐蚀的理想复合涂层。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种防腐涂层的制备方法，具体涉及一种用于LNG气化器表面防腐复合涂层的制备方法。
【背景技术】
已知的，天然气是优质、高效、洁净的能源，在世界能源消费结构中的比重已从1950年的10％迅速提高到目前的24％，成为世界第三大能源。在实际应用中，液态天然气（LNG，Liquefied Natural Gas）是主要的储存、运送形式，在使用前，LNG必须经过气化器气化以后，最后变成常温天然气，以气体状态通过管网输送给各个用户，因此，LNG气化器是整个LNG供应流程中的关键设备，目前LNG接收站常用的气化器类型有开架式气化器、浸没燃烧式气化器、中间介质气化器和空温式气化器，其中开架式气化器采用天然海水为加热介质，具有来源直接、资源丰富、操作成本低廉，相对其它形式的气化器具有较低的建造和运营成本，与中间介质气化器、空温式气化器相比，又具有较高和较稳定的加热能源，同时还具有较高的换热效率和较长的结构使用寿命等。
目前，LNG气化器的主要构件采用导热性能好的铝合金制造，但是由于铝合金的耐腐蚀性能较差，当铝合金暴露于海洋环境中时，极易发生点蚀、盐雾腐蚀等，因此，LNG气化器关键铝合金结构件必须进行防腐处理，如喷涂表面涂层等，以保证气化器设备的安全、稳定和高效运行。在海洋环境下工作时，铝合金结构件广泛使用Al-Zn或Al-Mg涂层，该涂层的制备一般以Al-Zn或Al-Mg合金丝为原材料，通过热喷涂方法制备，涂层中Zn和Mg元素起到牺牲阳极的作用，Al元素在腐蚀过程中可以形成致密的Al2O3保护膜，使得合金涂层不至于因腐蚀过快而失效，然而单一的Al-Mg涂层电极电位较低，在海水均匀腐蚀和冲刷腐蚀共同作用下，LNG气化器表面涂层作为牺牲阳极快速失效，涂层使用寿命仅有2～3年，而Al-Zn涂层与铝合金基体的线胀系数差别较大，在铝合金表面直接喷涂Al-Zn涂层，涂层内应力较大，结合强度偏低，一般在15MPa以下等。
铝合金表面常用的防腐涂层制备技术有火焰喷涂、电弧喷涂和冷喷涂技术，火焰喷涂工艺由于其涂层厚度灵活可控、设备简单、操作灵活、成本低等优势，已成为Al-Zn或Al-Mg涂层的主要制备技术之一，广泛应用于海洋工程腐蚀防护领域；冷喷涂技术是喷涂技术中的新秀，制备的涂层具有氧化物含量低、热应力小、硬度高、孔隙率低、喷涂层厚度灵活可控、设备简单等优点，也可用于铝合金构件的表面防腐处理。
中国专利，公开号为：CN1932428A，公开日为：2007年3月21日，其具体公开了一种Al-(Zn+Mn)-Mg合金作为气化器涂层材料，所述铝合金涂层包含0.3至3.0质量%的Zn和/或Mn并限制（Zn+Mn）的含量为0.3至3.0质量%，以及包含0.3至5质量%的Mg，Al-Mg合金中Mg元素质量百分比为0.3～90%；中国专利CN 2012152913 U公开了一种开架式气化器用Al-Zn合金涂层，Zn的质量百分比为2%～15%。欧洲专利EP 1762639A1公开了Al-(Zn+Mn) -Mg系气化器涂层，所述铝合金涂层包含0.3值3.0质量%的Zn和/或Mn并限制（Zn+Mn）的含量为0.3至3.0质量%，以及包含0.3至5质量%的Mg。
中国专利，公开号为：CN103409751A，公开日为：2013年11月27日，其具体公开了一种Zn-Al-Cu-Y系LNG气化器涂层材料，Al元素质量百分比为5.3～35.4%，Cu为0～6.2wt%，Y 为0～5.1%wt，余量为Zn。
上述专利所述表面涂层均为单一涂层，均存在涂层的使用寿命短，涂层结合强度偏低等弊端。
【发明内容】
为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种用于LNG气化器表面防腐复合涂层的制备方法，，本发明利用Al-Mg线胀系数小、电极电位低和Al-Zn耐腐蚀性能优良的综合优势，采用表面喷涂技术形成梯度涂层，获得结合强度高、表面抗海水冲刷和均匀腐蚀的理想复合涂层。
为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：
一种用于LNG气化器表面防腐复合涂层的制备方法，所述方法通过采用火焰喷涂或电弧喷涂或冷喷涂技术，以LNG气化器所用的铝合金为基体，以Al-Mg合金为过渡层，然后在过渡层表面喷涂一层耐海水腐蚀的Al-Zn合金涂层形成LNG气化器表面防腐的复合涂层。
所述的用于LNG气化器表面防腐复合涂层的制备方法，所述Al-Mg涂层中Mg元素含量范围为0～30%wt，Al-Mg涂层的厚度为20～100μm。
所述的用于LNG气化器表面防腐复合涂层的制备方法，所述Al-Zn涂层中Zn元素含量范围为0.5～90%wt，Al-Zn涂层的厚度为100～350μm。
所述的用于LNG气化器表面防腐复合涂层的制备方法，所述复合涂层的表面采用环氧树脂封闭，或进行喷塑处理。
所述的用于LNG气化器表面防腐复合涂层的制备方法，所述涂层厚度为120μm～450μm，表面粗糙度Ra为14～40μm。
采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：
本发明所述的一种用于LNG气化器表面防腐复合涂层的制备方法，本发明在LNG气化器表面制备一层（Al-Mg）＋（Al-Zn）复合涂层，Mg的线胀系数介于Al和Zn之间，过渡层的形成将显著改善铝合金基体与Al-Zn涂层的结合强度，表面Al-Zn涂层则具有优良的耐腐蚀性能，大幅度改善LNG气化器表面涂层的整体防腐性能，即使表层Al-Zn涂层腐蚀穿孔，Al-Mg电极电位低，将优先腐蚀，仍可起到保护基材的作用，此外，喷涂后也可在LNG气化器表面进行环氧树脂封闭或喷塑处理，进一步提高耐海水腐蚀性能，本发明利用Al-Mg线胀系数小、电极电位低和Al-Zn耐腐蚀性能优良的综合优势，采用表面喷涂技术形成梯度涂层，获得结合强度高、表面抗海水冲刷和均匀腐蚀的理想复合涂层。
【具体实施方式】
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；
本发明所述的一种用于LNG气化器表面防腐复合涂层的制备方法，所述方法通过采用火焰喷涂或电弧喷涂或冷喷涂技术，以LNG气化器所用的铝合金为基体，以Al-Mg合金为过渡层，所述Al-Mg涂层中Mg元素含量范围占Al-Mg涂层的0～30%wt，Al-Mg涂层的厚度为20～100μm；所述过渡层对铝合金有良好的阴极保护作用，而且线胀系数与铝合金接近，涂层结合良好，然后在过渡层表面喷涂一层耐海水腐蚀的Al-Zn合金涂层，所述Al-Zn涂层中Zn元素含量范围占Al-Zn合金涂层的0.5～90%wt，Al-Zn涂层的厚度为100～350μm，其中涂层中的Zn可起到牺牲阳极的作用，Al能形成致密的Al2O3保护膜而使得涂层有一定的耐海水腐蚀性能，减小了铝合金基体与Al-Zn合金涂层的线胀系数差异，获得结合强度高、耐腐蚀性能优良的LNG气化器表面防腐的复合涂层，所述涂层厚度为120μm～450μm，表面粗糙度Ra为14～40μm，所述复合涂层的表面采用环氧树脂封闭，或进行喷塑处理，进一步提高耐海水腐蚀性能。
本发明的原理如下：
Al-Mg合金的线胀系数与铝合金近似，喷涂过程中Al-Mg涂层与基体的内应力小，涂层结合强度高，而且Mg的电极电位低于铝合金，在腐蚀介质中Al-Mg涂层将优先腐蚀，对铝合金有良好的阴极保护作用，而表层Al-Zn合金的电极电位则高于Al-Mg合金，在Al-Mg过渡层表面形成一层Al-Zn涂层后可达到耐海水腐蚀的目的，即使表层腐蚀穿孔，过渡层Al-Mg合金将优先腐蚀，仍可起到保护基材的作用，而且Al-Mg合金的线胀系数介于铝合金基体和Al-Zn合金之间，可显著提高涂层的结合强度。而采用环氧树脂封闭或喷塑处理，可填充喷涂层表面的孔隙，降低涂层孔隙率，进一步提高耐海水腐蚀性能。
本发明的优点在于：本发明采用的复合涂层制备方法解决了单一涂层防护寿命有限、涂层结合强度偏低的不足，复合涂层孔隙率低、结合强度高、耐腐蚀性能优良，具备双重防护作用，适合用于LNG气化器表面防腐涂层制备。
通过本发明提供的复合涂层制备方法可满足LNG气化器的表面防腐需求，也可应用于海水和海洋大气腐蚀环境中其他铝合金构件的表面防腐处理，涂层与基体的结合强度不小于15MPa，涂层厚度为120μm～450μm，表面粗糙度Ra为14～40μm，显微硬度不小于45kg/mm2，腐蚀速度小于50μm/a。
本发明的具体实施例如下：
实施例一：
将Al-Mg中间合金、Al-Zn中间合金、纯Al粒分别按照Al-5.5%Mg、Al-5%Zn的目标成分配料，通过熔炼制得合金铸锭，铸锭经挤压、拉丝后制成Ф3.0mm的Al-5.5%Mg、Al-5%Zn丝材，采用电弧喷涂技术在铝合金上喷涂80μm厚Al-5.5%Mg过渡层，再在其表面喷涂300μm厚Al-5%Zn防腐涂层，涂层的组分构成、海水中腐蚀电位、显微硬度、厚度、结合强度、表面粗糙度、腐蚀速率见表1。
实施例二：
将Al-Mg中间合金、Al-Zn中间合金、纯Al粒分别按照Al-5.5%Mg、Al-15%Zn的目标成分配料，通过熔炼制得合金铸锭，铸锭经挤压、拉丝后制成Ф3.0mm的Al-5.5%Mg、Al-15%Zn丝材，通过电弧喷涂在铝合金上喷涂100μm厚Al-5.5%Mg过渡层，再在其表面喷涂350μm厚Al-15%Zn防腐涂层，涂层的组分构成、海水中腐蚀电位、显微硬度、厚度、结合强度、表面粗糙度、腐蚀速率见表1。
实施例三：
将Al-Mg中间合金、Al-Zn中间合金、纯Al粒、纯Zn粒分别按照Al-5.5%Mg、Al-85%Zn的目标成分配料，通过熔炼制得合金铸锭，铸锭经挤压、拉丝后制成Ф3.0mm的Al-5.5%Mg、Al-85%Zn丝材，通过冷喷涂技术在铝合金上喷涂30μm厚Al-5.5%Mg过渡层，再在其表面喷涂120μm厚Al-85%Zn防腐涂层，涂层的组分构成、海水中腐蚀电位、显微硬度、厚度、结合强度、表面粗糙度、腐蚀速率见表1。
实施例四：
将Al-Mg中间合金、Al-Zn中间合金、纯Al粒、纯Zn粒分别按照Al-10%Mg、Al-30%Zn的目标成分配料，通过熔炼制得合金铸锭，铸锭经挤压、拉丝后制成Ф3.0mm的Al-10%Mg、Al-30%Zn丝材，通过电弧喷涂技术在铝合金上喷涂80μm厚Al-10%Mg过渡层，再在其表面喷涂200μm厚Al-30%Zn防腐涂层，涂层的组分构成、海水中腐蚀电位、显微硬度、厚度、结合强度、表面粗糙度、腐蚀速率见表1。
实施例五：
将Al-Mg中间合金、Al-Zn中间合金、纯Al粒、纯Zn粒分别按照Al-30%Mg、Al-50%Zn的目标成分配料，通过熔炼制得合金铸锭，铸锭经挤压、拉丝后制成Ф3.0mm的Al-30%Mg、Al-50%Zn丝材，采用火焰喷涂技术在铝合金上喷涂80μm厚Al-30%Mg过渡层，再在其表面喷涂250μm厚Al-50%Zn防腐涂层，为降低涂层孔隙率，采用环氧树脂进行封闭处理，油漆重量为350g/m2，复合涂层的组分构成、海水中腐蚀电位、显微硬度、厚度、结合强度、表面粗糙度、腐蚀速率见表1。
表1 五种实施方案表面防腐涂层的成分与性能
上表中：*指材料在天然海水中的腐蚀电位，气化器用铝合金在天然海水中的腐蚀电位为-800～-700mV。
**指Al-50%Zn金属涂层表面采用环氧树脂封闭处理。
本发明的有益效果为：
1、涂层在天然海水中腐蚀电位-760mV～-1050mV，低于铝合金腐蚀电位；
2、涂层腐蚀速度小于50μm/a；
3、涂层厚度为120μm～450μm，过渡层厚度为20～100μm；
4、涂层结合强度不小于15MPa；
5、涂层显微硬度不小于45kg/mm2；
6、涂层表面粗糙度为14～40μm。
本发明未详述部分为现有技术。
为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。
Claims (5)
1.一种用于LNG气化器表面防腐复合涂层的制备方法，其特征是：所述方法通过采用火焰喷涂或电弧喷涂或冷喷涂技术，以LNG气化器所用的铝合金为基体，以Al-Mg合金为过渡层，然后在过渡层表面喷涂一层耐海水腐蚀的Al-Zn合金涂层形成LNG气化器表面防腐的复合涂层。
2.根据权利要求1所述的用于LNG气化器表面防腐复合涂层的制备方法，其特征是：所述Al-Mg涂层中Mg元素含量范围为0～30%wt，Al-Mg涂层的厚度为20～100μm。
3.根据权利要求1所述的用于LNG气化器表面防腐复合涂层的制备方法，其特征是：所述Al-Zn涂层中Zn元素含量范围为0.5～90%wt，Al-Zn涂层的厚度为100～350μm。
4.根据权利要求1所述的用于LNG气化器表面防腐复合涂层的制备方法，其特征是：所述复合涂层的表面采用环氧树脂封闭，或进行喷塑处理。
5.根据权利要求1所述的用于LNG气化器表面防腐复合涂层的制备方法，其特征是：所述涂层厚度为120μm～450μm，表面粗糙度Ra为14～40μm。
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