CN1086456C

CN1086456C - 具有防腐、防垢、防结蜡镀层的金属管及其制造方法

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Publication number: CN1086456C
Application number: CN99122368A
Authority: CN
Inventors: 吴宜勇; 国玉江; 田继安; 梁淑云
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-11-04
Filing date: 1999-11-04
Publication date: 2002-06-19
Anticipated expiration: 2019-11-04
Also published as: CN1251417A

Abstract

具有防腐、防垢、防结蜡涂镀层的金属管，它涉及金属管内外表面镀层结构及成份和其镀层工艺技术。在管(1)的内壁上至少有一层防护涂镀层(2)，层(2)由PTFE、(CF)n、MoS₂粒子组成。其制造方法为涂镀法或化学镀法。本发明含有涂镀层的金属管具有显著的防腐、防垢、防结蜡的性能，防腐达10级以上，水管防垢率达90%以上，油管防结蜡率达50%以上，在-40～280℃内可长期使用不脱层，抗老化、不相溶性能好。该方法可用于直管、曲管、异形管、容器或金属板材等表面的涂镀，而且一致性好，能适合于大规模工业化生产。

Description

具有防腐、防垢、防结蜡涂镀层的金属管及其制造方法

技术领域：本发明涉及金属管内外表面镀层结构及成分和其镀层工艺技术。

背景技术：现有石油化工工业的输油输水金属管内的介质成份较复杂，所以金属管极易受到各种腐蚀，另外由于介质中含有大量的不溶性盐和石蜡，还会对金属管内壁造成结垢和结蜡，时间稍长就可能使管道堵塞，影响正常生产的进行。现有的防护措施有：1、常规的化学镀法；2热浸镀(铝、锌等)法；3、有机或无机涂料法；4电化学防护法等。这些办法都具有一定的防腐效果，但不能从根本上解决输油、输水金属管内壁的结蜡和结垢问题。而最近发明的涂镀法，虽然能解决金属管内壁的结垢和结蜡问题，但由于涂层的耐温性能、抗老化性能、不相溶性及结合强度均较差，所以此办法没有实用性，不能推广使用。对于油田的输油管道，由于原油中含蜡量较高，在管内壁上往往容易结蜡堵塞管道，现在只能通过机械刮蜡或物理发热除蜡，或通过对油的乳化、破乳等办法。但这些办法都存在处理过程复杂、污染严重、浪费大量人力物力的缺点。刮蜡还容易损坏管内壁的防护层。对于不同的输水管，特别是油田的输水管，锅炉及换热器的输水管，由于水汽中含有Cl^-、SO₄ ^2-、NO₃ ^-、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等离子和溶解氧具有腐蚀作用，在管壁易形成蚀孔，而Ca²⁺、Mg²⁺等则会沉积结垢，堵塞管道，加速局部腐蚀，甚至导致破裂爆炸，有很大的危害性。现在虽然已选用了不锈钢、铜、铝、热镀铝管及常规化学镀Ni-P管，以及向水中加入缓蚀剂的化学方法，可以达到不同程度的防腐效果，但没有从根本上解决金属管结垢问题，而且可能造成污染(如加缓蚀剂)，故只能停产检修或化学除垢，甚至更换管道，造成生产成本增加。

发明内容：本发明的目的是研制一种具有防腐、防垢、防结蜡涂镀层的金属管，该镀层除应具有防腐、防垢、防结蜡的功能外，还应具有耐高低温、抗老化、不相溶、结合强度高的性能。同时提供它的制造方法。本发明的金属管内壁或外壁至少有一层表面防护涂镀层，涂镀层中含有由PTFE、(CF)n、MoS₂当中单一粒子或由三种粒子中的任意两种或三种混合的粒子。上述粒子化学镀时粒径应在0.1～5μm范围，有机或无机涂时粒径应在0.1～15μm范围。其中的粒子在涂镀液中的含量为1～50VOL％，涂镀层厚度为5～180μm，为提高其防护效果，在该表面防护层以里还涂镀有Ni-P、Ni-B、Ni、Cu当中的单一成份或它们当中任意几种成份混合的底层。在表面防护层与底层之间还涂镀含有低磷Ni-P合金的一层中间层，其中含磷为0.1～5Wt％，中间层的厚度为0.8～10μm。底层厚度应在5～50μm。本发明的制造方法是：一、采用有机或无机涂层法：这种镀层的关键是金属管基体表面的处理。主要方法有钝化处理或化学转化膜法，最好采用化学转化膜法的磷化法。其目的是提高涂层与金属基体之间的结合力与涂层的防护力。涂层主要由涂料、聚四氟乙烯及(CF)n粒子组成，聚四氟乙烯及(CF)n粒子含量为1～50VOL％，涂层厚度为30～180μm，磷化层厚度为5～50μm。涂料选用冷或热固化基料。制作涂层工艺为：首先对金属基体进行除油，再对金属基体除氧化膜，再喷沙处理，在90℃下精除油，在90℃下用热水洗，在室温下用流水洗，在室温下用酸洗活化，在室温下用流水清洗，在40～90℃下进行磷化处理，在室温下用流水清洗，在室温下钝化处理，再用热风进行干燥，在室温下喷涂含有PTFE、(CF)n、MoS₂粒子的复合涂料，最后固化成形。二、化学镀法：将PTFE、(CF)n、MoS₂的混合粒子进行乳化处理，然后混入到普通化学镀液中，镀液中粒子含量0.1～10VOL％，镀层为Ni-P、Ni-B、Ni-Cu-P、Ni-Sn-P、Ni、Cu基的复合层，施镀操作时的PH值范围为4.0～12.0，温度为60～95℃。采用Cu沉积时的PH值为8.0～13.0，温度为40～80℃。为提高防护效果和镀层性能，可以在含有PTFE、(CF)n、MOS₂粒子的化学镀层以里涂镀底层和中间层。所涂镀底层是化学镀Ni-P、Ni-B、Ni、Cu的单一成分或几种成分混合组成，其应具有更好的电化学防护性，其厚度为5～50μm，同时在底层与表层之间还可化学镀一层中间封孔层，中间封孔层厚度为0.8～10μm。最后对金属管在≤300℃下热处理成形。本发明的含有涂镀层的金属管具有显著的防腐、防垢、防结蜡的性能，防腐可达10级以上，水管防垢率可达90％以上，油管防结蜡率达50％以上，防护层与金属基体结合牢固，在-40～280℃环境下可长期使用不脱层，抗老化不相溶性能很好。该方法可用于钢、不锈钢、热镀铝钢、铝及铝合金、铜及铜合金等金属材料表面的涂镀。它既能涂镀平板、直管还能涂镀曲管或异形管及容器。其制造方法一致性好，能适合于大规模工业化生产。

附图说明：图1是具体实施方式一镀管的结构示意图，图2是具体实施方式二镀管的结构示意图，图3是具体实施方式三镀管的结构示意图，图4是具体实施方式三镀管的俯视图。

具体实施方式一：本实施方式以油田用的油水管为例，该管一般采用直径为2.5cm，壁厚为4mm，长度为9.6m的优质低合金钢管。镀槽体积为10m³。施镀过程为：对钢管进行喷沙处理，然后装架，每架30～35根，在大于等于90℃条件下精除油，用大于等于90℃的热水清洗，再冷水洗，再酸洗活化，再冷水洗，在90～92℃条件下进行化学镀Ni-P合金，镀液中混入PTFE粒子，镀液的PH值为4.0～5.0，镀液必须采用循环过滤，循环量为每小时8～10个循环周期，管子在镀槽内摆放要有一定角度，在循环吸口处要高一些，在进口处低一些，这样有利于管内氢气的排放及镀液的循环。过滤时采用100目的滤布，过滤面积为1.0m²/m₃左右，施镀过程中要不断对镀液进行分析，并补加已消耗了的成份，调整PH值。另外在镀槽中要随管加入试块，根据镀层厚度要求及镀速，适时取出试块测厚，当达到厚度要求时整架管方可取出，再进行冷水洗，热水洗即成。此时镀成的管如图1所示，其中1为钢管基体，2为镀Ni-P合金层，其中含有PTFE粒子的镀层，镀层厚为30μm，粒子含量为30VOL％。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是除了表面防护层2外，又增加一层底层3，为此采用两个镀槽，即A槽和B槽，用A槽镀时获得高磷Ni-P合金镀层的底层3，底层3的镀层厚为20μm，用B槽镀时在底层3上又镀有低磷Ni-P合金/PTFE表面防护镀层2。表面防护镀层2的厚度为10μm，粒子含量为30VOL％。施镀时首先采用与实施例一相同的对基体1的处理工艺，然后放到A槽中施镀1～2小时，然后再放入B槽中镀，达到厚度后再取出，仍进行冷热水洗即可。其产品结构图如图2所示。这种处理与具体实施方式一相比效率高，防腐性加强，防垢防结蜡效果相等，且成本大大降低。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二的不同点是在底层3与表面防护层2之间又增加一层中间层4。其施镀工艺过程与具体实施方式二相同，不同的是又增加了一个镀槽C，首先在A槽中施镀获得含有高磷Ni-P合金镀层的底层3，然后在B槽中镀，获得含低磷合金的中间镀层4，中间镀层4的厚度为5μm，中间层作为阳极性镀层使针孔封闭，从而更有效地提高了镀层的防护性能。然后再在C槽中镀，获得中磷合金/PTFE表面防护镀层2。其产品结构如图3所示。

Claims

1、具有防腐、防垢、防结蜡涂镀层的金属管，在金属管(1)的内壁上至少有一层表面防护涂镀层(2)，其特征在于表面防护涂镀层(2)含有PTFE、(CF)n、MoS₂当中单一粒子；化学镀时上述粒子的粒径应在0.1～5μm范围，有机或无机涂时上述粒子的粒径应在0.1～15μm范围，其中上述粒子在涂镀层中的含量为1～50VOL％，涂镀层(2)的厚度为5～180μm。

2、根据权利要求1所述的具有防腐、防垢、防结蜡涂镀层的金属管，其特征在于表面防护涂镀层(2)中所含粒子由PTFE、(CF)n、MoS₂当中任意两种粒子混合组成。

3、根据权利要求1所述的具有防腐、防垢、防结蜡涂镀层的金属管，其特征在于表面防护涂镀层(2)中所含粒子由PTFE、(CF)n、MoS₂混合组成。

4、根据权利要求1所述的具有防腐、防垢、防结蜡涂镀层的金属管，其特征在于表面防护涂镀层(2)以里还涂镀有Ni-P、Ni-B、Ni、Cu中的单一成分组成的底层(3)。

5、根据权利要求1或4所述的具有防腐、防垢、防结蜡涂镀层的金属管，其特征在于底层(3)由Ni-P、Ni-B、Cu中任意几种成份的混合组成。

6、根据权利要求1所述的具有防腐、防垢、防结蜡涂镀层的金属管，其特征在于表面防护层(2)与底层(3)之间还涂镀含有低磷Ni-P合金的中间层(4)，其中含磷0.1～5Wt％，中间层(4)的厚度为0.8～10μm。

7、根据权利要求1或4所述的具有防腐、防垢、防结蜡涂镀层的金属管，其特征在于底层(3)的厚度为5～50μm。

8、具有防腐、防垢、防结蜡涂镀层金属管的制造方法，其特征在于用有机或无机涂层方法时，首先对金属基体进行除油，再对金属基体除氧化膜，再喷沙处理，在90℃下精除油，在90℃下用热水洗，在室温下用流水洗，在室温下用酸洗活化，在室温下用流水清洗，在40～90℃下进行磷化处理，在室温下用流水清洗，在室温下钝化处理，再用热风进行干燥，在室温下喷涂含有PTFE、(CF)n、MoS₂粒子的复合涂料，其中粒子含量为1～50VOL％，最后固化成形。

9、具有防腐、防垢、防结蜡涂镀层金属管的制造方法，其特征在于用化学镀方法时，先将PTFE、(CF)n、MoS₂的混合粒子进行乳化处理，然后混入到普通化学镀液中，镀液中粒子含量为0.1～10VOL％，获得含有粒子的Ni-P、Ni-B、Ni-Cu-P、Ni-Sn-P、Cu及Ni的复合镀层，镀层中粒子含量为1～50VOL％，化学镀镍及镍合金时，施镀PH值范围为4.0～12.0，温度为60～95℃，采用Cu沉积时的PH值为8.0～13.0，温度为40～80℃，最后对金属管在≤300℃下热处理成形。