CN110616396A - 耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法 - Google Patents

耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，包括：一、采用碳热还原法制备AlN颗粒；二、将TC4钛合金粉末和AlN颗粒混合均匀，得到喷涂粉末；三、将喷涂粉末烘干后采用超音速火焰喷涂工艺喷涂于管线钢表面，得到耐微生物腐蚀的AlN/Ti陶瓷金属复合涂层。本发明制备的陶瓷金属复合涂层具有极优良的耐微生物腐蚀性能，用于长输管道管线钢的微生物腐蚀工作环境，涂层材料显示出优异的耐微生物腐蚀性能，能够满足长输管道管线钢工作环境的要求，有效的解决长输管道管线钢微生物腐蚀的问题，在长输管道防护领域有着良好的应用前景。

Description

耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷金属复合涂层制备技术领域，具体涉及一种耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法。
背景技术
随着近年来我国石油及能源工业的快速发展，埋地管线里程越来越长已达8万公里，占全世界总量的2.5％，国内70％的石油和99％的天然气的运输全部依赖管道运输。长输管线由于绝大部分埋设在土壤下，因此与土壤接触而引起的腐蚀问题占腐蚀总量的比例最大，可导致管道穿孔泄露和开裂性严重事故，研究长输管线的腐蚀问题，主要就是研究其与土壤接触的腐蚀问题。近年来随着埋地管线的输送压力逐渐增高和高硫、高酸、高盐原油数量的增多，对管线钢提出了更高的要求。目前，高压、大管径、高钢级管线钢是石油和天然气输送管道发展的必然趋势，因此腐蚀失效问题便成为高钢级管线钢研制开发及应用过程中不可回避的一个重要问题。微生物腐蚀是指微生物生命活动直接或间接地促进了腐蚀过程所引起金属破坏作用。微生物腐蚀危害范围广，不仅在地下建筑物，而且在机械、化工、核能、石油、航空和电力等领域的设备中造成严重影响。每年由微生物腐蚀造成的经济损失为几十亿美元。引起腐蚀的微生物一般除了细菌及真菌外，还有藻类及原生动物等，在大多数场合下腐蚀应该是由各种细菌共同作用而引起的。微生物腐蚀可引起材料的点蚀，缝隙腐蚀，选择性去合金腐蚀，氢脆，沉积层下腐蚀等广泛存在于钢铁、铜、铝及其合金中。微生物腐蚀会降低设备的使用寿命，工业用水和循环冷却水系统、地下输水和输油管道等都受到微生物腐蚀的严重影响。大量的管线腐蚀调查研究表明，由于管线周围的回填土提供了一个比未动土更有利于微生物生长的环境，而管线涂层提供的营养物质和阴极极化促进了微生物在管线表面的聚集，导致大多数管道外表面的剥离涂层下都存在微生物腐蚀。因此，微生物腐蚀失效问题成为管线钢研制、开发、应用过程中不可避免的一个重要问题。
目前，管线钢微生物腐蚀防治方法主要有：(1)物理方法，如使用紫外线照射杀菌或对生物膜进行外力刮擦；(2)化学方法，如使用杀菌剂；(3)防护性涂层，如在金属材料表面涂覆抗菌涂层，涂覆防附着的超滑或超疏水涂层使其表面不易被微生物附着；(4)生物防治法，即通过微生物之间的竞争和拮抗等关系来防止微生物腐蚀。对于现役埋地输送管线而言，目前最行之有效的方法来减缓或抑制微生物造成的腐蚀就是管线钢外表面涂覆微生物腐蚀保护涂层。这是因为管线的外部通常联合采用防护涂层和阴极保护来防止其腐蚀，其中防护涂层使管道表面与其周围的土壤腐蚀介质隔离，阴极保护确保涂层局部缺陷部位下的管道表面得到电化学保护。然而，绝缘性防护涂层常因安装使用过程中机械损伤、土壤应力造成的摩擦磨损等作用失去粘结力而发生剥离，与管道表面间形成缝隙，由此给微生物形成了适宜生存的微环境，进而导致发生微生物腐蚀，形成点蚀或穿孔等。因此，管线钢表面涂覆的涂层应具备一定的耐磨擦耐磨损性能和剪切强度，这样更有利于防护涂层的耐微生物腐蚀性能得到充分发挥。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法。该方法利用TC4钛合金代替传统的纯钛作为涂层喷涂粉末，TC4钛合金的钝化膜较薄，具有稳定、完整、易发生自愈合等特点，可以阻止腐蚀的发展。该方法制备的陶瓷金属复合涂层具有极优良的耐微生物腐蚀性能，用于长输管道管线钢的微生物腐蚀工作环境，涂层材料显示出优异的耐微生物腐蚀性能，能够满足长输管道管线钢工作环境的要求，有效的解决长输管道管线钢微生物腐蚀的问题，在长输管道防护领域有着良好的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、采用碳热还原法制备AlN颗粒，所述AlN颗粒中AlN的质量百分含量不小于99％，AlN颗粒的平均粒径不大于20μm；
步骤二、将TC4钛合金粉末和步骤一中制备的AlN颗粒混合均匀，得到喷涂粉末；所述喷涂粉末中TC4钛合金粉末的质量百分含量为80％～95％，余量为AlN颗粒；所述TC4钛合金粉末的平均粒径不大于60μm；
步骤三、将步骤二中所述喷涂粉末烘干，然后采用超音速火焰喷涂工艺将烘干后的喷涂粉末喷涂于管线钢表面，得到耐微生物腐蚀的AlN/Ti陶瓷金属复合涂层；所述超音速火焰喷涂工艺的工艺条件为：助燃剂氧气流量为100L/min～150L/min，燃气丙烷流量为20L/min～30L/min，送粉气体氮气流量为20L/min～30L/min，喷枪移动速度为30mm/s～60mm/s，喷涂距离为300mm～400mm。
上述的耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤一中所述碳热还原法制备AlN颗粒包括：将氧化铝和炭黑置于湿式球磨机中进行湿法球磨，然后将湿法球磨后的物料干燥后置于气氛炉中，在流动氮气气氛下以10℃/min～15℃/min的升温速率升温至1400℃，保温4h，得到AlN颗粒；所述氧化铝和炭黑的质量比为73:27。
上述的耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，所述氧化铝的质量纯度不小于99％，氧化铝的平均粒径不大于30μm；所述炭黑的碳含量不小于99％，炭黑的平均粒径不大于200nm。
上述的耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，流动氮气的流量为5L/min。
上述的耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤二中所述喷涂粉末中TC4钛合金粉末的质量百分含量为90％，余量为AlN颗粒。
上述的耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤三中所述助燃剂氧气流量为120L/min～140L/min，燃气丙烷流量为22L/min～26L/min，送粉气体氮气流量为22L/min～26L/min，喷枪移动速度为40mm/s～50mm/s，喷涂距离为340mm～380mm。
上述的耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，所述助燃剂氧气流量为130L/min，燃气丙烷流量为24L/min，送粉气体氮气流量为24L/min，喷枪移动速度为45mm/s，喷涂距离为360mm。
上述的耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤三中喷涂之前对管线钢表面依次进行除锈、除氧化皮和除油清洁处理。
上述的耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤三中所述耐微生物腐蚀的AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的厚度为400μm～600μm。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、在热力学上，纯钛是一种活泼的金属，在氧化性环境中(如水溶液及大气环境)表面容易发生氧化形成钝化膜(TiO2)，提高纯钛的耐腐蚀性。本发明利用TC4钛合金代替传统的纯钛作为涂层喷涂粉末，TC4钛合金的钝化膜较薄，具有稳定、完整、易发生自愈合等特点，可以阻止腐蚀的发展，利用TC4钛合金为喷涂粉末制备的陶瓷金属复合涂层与传统利用纯钛为喷涂粉末制备的陶瓷金属复合涂层相比，耐局部腐蚀的能力更强，对大气腐蚀、点蚀以及微生物腐蚀等均不敏感，具有更加良好的耐微生物腐蚀性能。
2、本发明优选利用廉价的氧化铝粉末、炭黑为主要原料通过碳热还原反应(Al2O3+3C+N2→2AlN+3CO)制备氮化铝粉末。此方法具有生产工艺简单，制备成本低的优点。该工艺制备的氮化铝粉末颗粒均匀细小，无杂质生成。
3、本发明制备陶瓷金属复合涂层利用的超音速火焰喷涂工艺参数与制备传统涂层的喷涂工艺参数相比，具有以下特点：具有较高的助燃剂氧气流量，使钛合金颗粒充分加热熔化，氮化铝颗粒和钛合金颗粒之间界面结合良好，使复合涂层具有更高的机械强度和耐腐蚀性能。使用氮气代替氩气作为送粉气体，可以有效避免氮化铝陶瓷颗粒表面被氧化，并且在复合涂层的钛合金晶粒表面形成纳米级的氮化物薄膜，有效提高钛合金晶粒的耐微生物腐蚀性能。具有较低的喷枪移动速度和较大的喷涂距离，较低的喷枪移动速度能有效的降低陶瓷金属复合涂层的冷却速度，减少因为陶瓷金属不同的热膨胀系数产生的残余应力集中，避免复合涂层出现开裂现象。较大的喷涂距离可以使氮化铝颗粒和钛合金颗粒更加充分混合，避免出现氮化铝颗粒团聚或者钛合金颗粒团聚现象，导致陶瓷金属复合涂层强度降低。
4、本发明利用超音速火焰喷涂的工艺在管线钢表面制备AlN/Ti陶瓷金属复合涂层，该涂层微观组织均匀，结构致密，没有明显的聚集孔隙和宏观裂纹的存在，基体与涂层材料的结合状况良好。此外，该涂层具有极其优异的耐微生物腐蚀和耐磨损性能，处于微生物腐蚀与磨损共同作用的环境中能够很好的防护管线钢的金属外表面，有效延长管线钢的使用寿命。
5、本发明制备的AlN/Ti陶瓷金属复合涂层具有较高的硬度和耐磨损性能。当钛合金涂层表面的氧化膜由于磨损或受到剪切力而遭到破坏后，钛合金表面暴露，会降低陶瓷金属复合涂层的耐微生物腐蚀性能，氮化铝陶瓷具有极高的硬度以及优异的耐磨损性能，陶瓷金属复合涂层中的氮化铝颗粒可以有效的提高涂层的耐磨损性能和涂层剪切强度，对陶瓷金属复合涂层形成有效的机械保护。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的AlN颗粒的SEM照片。
图2为本发明实施例1制备的陶瓷金属复合涂层表面的金相照片。
图3为本发明实施例3制备的AlN颗粒的SEM照片。
图4为本发明实施例3制备的陶瓷金属复合涂层表面的金相照片。
具体实施方式
实施例1
本实施例的耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、采用碳热还原法制备AlN颗粒，具体方法为：按照73:27的质量比称取氧化铝和炭黑，将称取的氧化铝和炭黑置于湿式球磨机中进行湿法球磨，然后将湿法球磨后的物料干燥后置于气氛炉中，在流量为5L/min的流动氮气气氛下以10℃/min的升温速率升温至1400℃，保温4h，得到AlN颗粒；所述氧化铝的质量纯度不小于99％，氧化铝的平均粒径不大于30μm；所述炭黑的碳含量不小于99％，炭黑的平均粒径不大于200nm；所述AlN颗粒中AlN的质量百分含量不小于99％，AlN颗粒的平均粒径不大于20μm；
步骤二、将TC4钛合金粉末和步骤一中制备的AlN颗粒混合均匀，得到喷涂粉末；所述喷涂粉末中TC4钛合金粉末的质量百分含量为90％，余量为AlN颗粒；所述TC4钛合金粉末的平均粒径不大于60μm；
步骤三、对管线钢(材质为X80钢)表面依次进行除锈、除氧化皮和除油清洁处理，将步骤二中所述喷涂粉末在100℃下烘干2h，然后采用超音速火焰喷涂工艺将烘干后的喷涂粉末喷涂于除油清洁处理后的管线钢表面，工艺条件为：助燃剂氧气流量为130L/min，燃气丙烷流量为24L/min，送粉气体氮气流量为24L/min，喷枪移动速度为45mm/s，喷涂距离为360mm；得到厚度为500μm的耐微生物腐蚀的AlN/Ti陶瓷金属复合涂层。
图1为本实施例制备的AlN颗粒的SEM照片，从图1中可看出AlN颗粒近似球形，这能够保证在喷涂时粉末具有良好的流动性，有利于喷涂的持续进行。图2为本实施例制备的陶瓷金属复合涂层表面的金相照片，从图2中可看到涂层粉料中的TC4钛合金粉末具有良好的熔化状态和表面铺张状态，粉末颗粒的熔化状态决定了涂层结构的特征，良好的熔化状态和铺展程度可以尽可能的填充孔隙，减少缺陷的存在。管线钢基体与陶瓷金属复合涂层的结合状况良好，组织均匀，涂层结构致密，没有明显的聚集孔隙和宏观裂纹的存在。
本实施例制备的陶瓷金属复合涂层具有极优良的耐微生物腐蚀性能，用于长输管道管线钢的微生物腐蚀工作环境，涂层材料显示出优异的耐微生物腐蚀性能，能够满足长输管道管线钢工作环境的要求，有效的解决长输管道管线钢微生物腐蚀的问题，在长输管道防护领域有着良好的应用前景。
实施例2
本实施例的耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、采用碳热还原法制备AlN颗粒，具体方法为：按照73:27的质量比称取氧化铝和炭黑，将称取的氧化铝和炭黑置于湿式球磨机中进行湿法球磨，然后将湿法球磨后的物料干燥后置于气氛炉中，在流量为5L/min的流动氮气气氛下以12℃/min的升温速率升温至1400℃，保温4h，得到AlN颗粒；所述氧化铝的质量纯度不小于99％，氧化铝的平均粒径不大于30μm；所述炭黑的碳含量不小于99％，炭黑的平均粒径不大于200nm；所述AlN颗粒中AlN的质量百分含量不小于99％，AlN颗粒的平均粒径不大于20μm；
步骤二、将TC4钛合金粉末和步骤一中制备的AlN颗粒混合均匀，得到喷涂粉末；所述喷涂粉末中TC4钛合金粉末的质量百分含量为95％，余量为AlN颗粒；所述TC4钛合金粉末的平均粒径不大于60μm；
步骤三、对管线钢(材质为X70钢)表面依次进行除锈、除氧化皮和除油清洁处理，将步骤二中所述喷涂粉末在100℃下烘干2h，然后采用超音速火焰喷涂工艺将烘干后的喷涂粉末喷涂于除油清洁处理后的管线钢表面，工艺条件为：助燃剂氧气流量为120L/min，燃气丙烷流量为22L/min，送粉气体氮气流量为22L/min，喷枪移动速度为50mm/s，喷涂距离为380mm；得到厚度为400μm的耐微生物腐蚀的AlN/Ti陶瓷金属复合涂层。
本实施例制备的陶瓷金属复合涂层具有极优良的耐微生物腐蚀性能和耐磨性能，用于长输管道管线钢的微生物腐蚀工作环境，涂层材料显示出优异的耐微生物腐蚀性能和耐磨损性能，能够满足长输管道管线钢工作环境的要求，有效的解决长输管道管线钢微生物腐蚀的问题，在该长输管道防护领域有着良好的应用前景。
实施例3
本实施例的耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、采用碳热还原法制备AlN颗粒，具体方法为：按照73:27的质量比称取氧化铝和炭黑，将称取的氧化铝和炭黑置于湿式球磨机中进行湿法球磨，然后将湿法球磨后的物料干燥后置于气氛炉中，在流量为5L/min的流动氮气气氛下以15℃/min的升温速率升温至1400℃，保温4h，得到AlN颗粒；所述氧化铝的质量纯度不小于99％，氧化铝的平均粒径不大于30μm；所述炭黑的碳含量不小于99％，炭黑的平均粒径不大于200nm；所述AlN颗粒中AlN的质量百分含量不小于99％，AlN颗粒的平均粒径不大于20μm；
步骤二、将TC4钛合金粉末和步骤一中制备的AlN颗粒混合均匀，得到喷涂粉末；所述喷涂粉末中TC4钛合金粉末的质量百分含量为80％，余量为AlN颗粒；所述TC4钛合金粉末的平均粒径不大于60μm；
步骤三、对管线钢(材质为X100钢)表面依次进行除锈、除氧化皮和除油清洁处理，将步骤二中所述喷涂粉末在100℃下烘干2h，然后采用超音速火焰喷涂工艺将烘干后的喷涂粉末喷涂于除油清洁处理后的管线钢表面，工艺条件为：助燃剂氧气流量为140L/min，燃气丙烷流量为26L/min，送粉气体氮气流量为26L/min，喷枪移动速度为40mm/s，喷涂距离为340mm；得到厚度为600μm的耐微生物腐蚀的AlN/Ti陶瓷金属复合涂层。
图3为本实施例制备的AlN颗粒的SEM照片，从图3中可看出AlN颗粒近似球形，这能够保证在喷涂时粉末具有良好的流动性，有利于喷涂的持续进行。图4为本实施例制备的陶瓷金属复合涂层表面的金相照片，从图4中可看到涂层粉料中的TC4钛合金粉末具有良好的熔化状态和表面铺张状态，粉末颗粒的熔化状态决定了涂层结构的特征，良好的熔化状态和铺展程度可以尽可能的填充孔隙，减少缺陷的存在。管线钢基体与陶瓷金属复合涂层的结合状况良好，组织均匀，涂层结构致密，没有明显的聚集孔隙和宏观裂纹的存在。
本实施例制备的陶瓷金属复合涂层具有极优良的耐微生物腐蚀性能，用于长输管道管线钢的微生物腐蚀工作环境，涂层材料显示出优异的耐微生物腐蚀性能，能够满足长输管道管线钢工作环境的要求，有效的解决长输管道管线钢微生物腐蚀的问题，在长输管道防护领域有着良好的应用前景。
对比例
本对比例与实施例3的步骤相同，不同之处在于：采用纯钛粉末代替实施例3步骤二中的TC4钛合金粉末。
实施例4
本实施例的耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、采用碳热还原法制备AlN颗粒，具体方法为：按照73:27的质量比称取氧化铝和炭黑，将称取的氧化铝和炭黑置于湿式球磨机中进行湿法球磨，然后将湿法球磨后的物料干燥后置于气氛炉中，在流量为5L/min的流动氮气气氛下以15℃/min的升温速率升温至1400℃，保温4h，得到AlN颗粒；所述氧化铝的质量纯度不小于99％，氧化铝的平均粒径不大于30μm；所述炭黑的碳含量不小于99％，炭黑的平均粒径不大于200nm；所述AlN颗粒中AlN的质量百分含量不小于99％，AlN颗粒的平均粒径不大于20μm；
步骤二、将TC4钛合金粉末和步骤一中制备的AlN颗粒混合均匀，得到喷涂粉末；所述喷涂粉末中TC4钛合金粉末的质量百分含量为85％，余量为AlN颗粒；所述TC4钛合金粉末的平均粒径不大于60μm；
步骤三、对管线钢(材质为X100钢)表面依次进行除锈、除氧化皮和除油清洁处理，将步骤二中所述喷涂粉末烘干，然后采用超音速火焰喷涂工艺将烘干后的喷涂粉末喷涂于除油清洁处理后的管线钢表面，工艺条件为：助燃剂氧气流量为100L/min，燃气丙烷流量为20L/min，送粉气体氮气流量为30L/min，喷枪移动速度为30mm/s，喷涂距离为400mm；得到厚度为420μm的耐微生物腐蚀的AlN/Ti陶瓷金属复合涂层。
本实施例制备的陶瓷金属复合涂层具有极优良的耐微生物腐蚀性能，用于长输管道管线钢的微生物腐蚀工作环境，涂层材料显示出优异的耐微生物腐蚀性能，能够满足长输管道管线钢工作环境的要求，有效的解决长输管道管线钢微生物腐蚀的问题，在长输管道防护领域有着良好的应用前景。
实施例5
本实施例的耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、采用碳热还原法制备AlN颗粒，具体方法为：按照73:27的质量比称取氧化铝和炭黑，将称取的氧化铝和炭黑置于湿式球磨机中进行湿法球磨，然后将湿法球磨后的物料干燥后置于气氛炉中，在流量为5L/min的流动氮气气氛下以10℃/min的升温速率升温至1400℃，保温4h，得到AlN颗粒；所述氧化铝的质量纯度不小于99％，氧化铝的平均粒径不大于30μm；所述炭黑的碳含量不小于99％，炭黑的平均粒径不大于200nm；所述AlN颗粒中AlN的质量百分含量不小于99％，AlN颗粒的平均粒径不大于20μm；
步骤二、将TC4钛合金粉末和步骤一中制备的AlN颗粒混合均匀，得到喷涂粉末；所述喷涂粉末中TC4钛合金粉末的质量百分含量为90％，余量为AlN颗粒；所述TC4钛合金粉末的平均粒径不大于60μm；
步骤三、对管线钢(材质为X100钢)表面依次进行除锈、除氧化皮和除油清洁处理，将步骤二中所述喷涂粉末烘干，然后采用超音速火焰喷涂工艺将烘干后的喷涂粉末喷涂于除油清洁处理后的管线钢表面，工艺条件为：助燃剂氧气流量为150L/min，燃气丙烷流量为30L/min，送粉气体氮气流量为20L/min，喷枪移动速度为60mm/s，喷涂距离为400mm；得到厚度为510μm的耐微生物腐蚀的AlN/Ti陶瓷金属复合涂层。
本实施例制备的陶瓷金属复合涂层具有极优良的耐微生物腐蚀性能，用于长输管道管线钢的微生物腐蚀工作环境，涂层材料显示出优异的耐微生物腐蚀性能，能够满足长输管道管线钢工作环境的要求，有效的解决长输管道管线钢微生物腐蚀的问题，在长输管道防护领域有着良好的应用前景。
采用失重分析法测定本发明实施例1、2、3、4、5中的管线钢在有无AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的条件下的平均腐蚀速率，将管线钢在硫酸盐还原菌和铁氧化菌模拟溶液中浸泡10天，20天，30天和40天后测定平均腐蚀速率。结果见表1。
表1平均腐蚀速率测定结果
从表1可以看出，在相同的微生物腐蚀条件下，喷涂有本发明AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的管线钢的平均腐蚀速率大大低于未喷涂陶瓷金属复合涂层管线钢的平均腐蚀速率，并且以TC4钛合金作为金属相的陶瓷金属复合涂层管线钢平均腐蚀速率也低于以纯钛作为金属相的陶瓷金属复合涂层管线钢平均腐蚀速率。本发明AlN/Ti陶瓷金属复合涂层能大大降低管线钢的腐蚀速率，有效提高管线钢的耐微生物腐蚀性能。
对本发明实施例1、2、3、4、5中的管线钢在有无AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的条件下分别测试显微硬度，施加载荷为20N，转速为1200r/min的条件下，利用摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验，分别测试磨损20分钟、40分钟和60分钟后的磨损量。结果见表2。
表2磨损量测试结果
从表2中可以看出，喷涂本发明AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的管线钢具有较高的显微硬度。在相同摩擦磨损测试条件下，喷涂本发明AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的管线钢的磨损量大大小于未喷涂陶瓷金属复合涂层的磨损量，这是由于喷涂粉末中的AlN陶瓷相，有效提高了涂层的硬度和耐磨性，本发明的AlN/Ti陶瓷金属复合涂层能有效提高管线钢的耐磨损性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、采用碳热还原法制备AlN颗粒，所述AlN颗粒中AlN的质量百分含量不小于99％，AlN颗粒的平均粒径不大于20μm；
步骤二、将TC4钛合金粉末和步骤一中制备的AlN颗粒混合均匀，得到喷涂粉末；所述喷涂粉末中TC4钛合金粉末的质量百分含量为80％～95％，余量为AlN颗粒；所述TC4钛合金粉末的平均粒径不大于60μm；
步骤三、将步骤二中所述喷涂粉末烘干，然后采用超音速火焰喷涂工艺将烘干后的喷涂粉末喷涂于管线钢表面，得到耐微生物腐蚀的AlN/Ti陶瓷金属复合涂层；所述超音速火焰喷涂工艺的工艺条件为：助燃剂氧气流量为100L/min～150L/min，燃气丙烷流量为20L/min～30L/min，送粉气体氮气流量为20L/min～30L/min，喷枪移动速度为30mm/s～60mm/s，喷涂距离为300mm～400mm。
2.根据权利要求1所述的耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤一中所述碳热还原法制备AlN颗粒包括：将氧化铝和炭黑置于湿式球磨机中进行湿法球磨，然后将湿法球磨后的物料干燥后置于气氛炉中，在流动氮气气氛下以10℃/min～15℃/min的升温速率升温至1400℃，保温4h，得到AlN颗粒；所述氧化铝和炭黑的质量比为73:27。
3.根据权利要求2所述的耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，所述氧化铝的质量纯度不小于99％，氧化铝的平均粒径不大于30μm；所述炭黑的碳含量不小于99％，炭黑的平均粒径不大于200nm。
4.根据权利要求2或3所述的耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，流动氮气的流量为5L/min。
5.根据权利要求1所述的耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤二中所述喷涂粉末中TC4钛合金粉末的质量百分含量为90％，余量为AlN颗粒。
6.根据权利要求1所述的耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤三中所述助燃剂氧气流量为120L/min～140L/min，燃气丙烷流量为22L/min～26L/min，送粉气体氮气流量为22L/min～26L/min，喷枪移动速度为40mm/s～50mm/s，喷涂距离为340mm～380mm。
7.根据权利要求6所述的耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，所述助燃剂氧气流量为130L/min，燃气丙烷流量为24L/min，送粉气体氮气流量为24L/min，喷枪移动速度为45mm/s，喷涂距离为360mm。
8.根据权利要求1所述的耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤三中喷涂之前对管线钢表面依次进行除锈、除氧化皮和除油清洁处理。
9.根据权利要求1所述的耐微生物腐蚀AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤三中所述耐微生物腐蚀的AlN/Ti陶瓷金属复合涂层的厚度为400μm～600μm。
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