[發(fā)明專利]一種低溫滲鋁石油管線用鋼表面原位陶瓷層的制備工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210049504.3
• 申請(qǐng)日: 2012-02-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102534468A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃敏;王宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安石油大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C10/50
• 分類號(hào): C23C10/50;C23C10/60
• 代理公司: 西安西達(dá)專利代理有限責(zé)任公司 61202
• 代理人: 第五思軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種金屬表面的陶瓷層制備工藝，特別涉及一種低溫滲鋁石油管線用鋼表面原位陶瓷層的制備工藝。?

背景技術(shù)

陶瓷材料高溫穩(wěn)定性好，并對(duì)酸、堿、鹽都具有良好的耐腐蝕性，有望為石油管用鋼基體材料提供優(yōu)異的防腐蝕、防氧化性能。然而，陶瓷材料與金屬材料自身物理性能差異大，包括熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率等，直接采用包括熱噴涂法、包埋法、沉積法等涂層制備方法在石油管用鋼表面制備陶瓷涂層，容易造成應(yīng)力集中，致使涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度低，尤其是高溫條件下的涂層制備工藝會(huì)嚴(yán)重破壞石油管用鋼原有的組織和力學(xué)性能。因此，強(qiáng)度高且可以在低溫條件下實(shí)現(xiàn)的涂層制備工藝是將陶瓷材料用作石油管用鋼腐蝕防護(hù)的關(guān)鍵。?

采用低溫滲鋁工藝可以在石油管用鋼表面生成Al含量超過(guò)8?wt.%的鐵鋁Fe-Al金屬間化合物，包括Fe₃Al、Fe₂Al、FeAl、Fe₂Al₅和FeAl₃。有資料表明，當(dāng)鋼鐵材料表面的Al含量超過(guò)8?wt.%時(shí)，就可以自身生成一層Al₂O₃薄膜并起到一定的防腐作用。然而，依靠Fe-Al金屬間化合物自身生成的Al₂O₃薄膜完整性、連續(xù)性差，更是無(wú)法勝任酸性環(huán)境、含Cl^-條件下的腐蝕防護(hù)。?

熱氧化技術(shù)是一種將基體材料置于含氧氣氛中，進(jìn)行加熱保溫，使基體表面的成分與氧氣發(fā)生反應(yīng)的工藝工程，采用該技術(shù)可以直接在金屬試樣表面生成金屬氧化物陶瓷，實(shí)現(xiàn)金屬材料表面的原位陶瓷化。根據(jù)合金選擇性氧化的原理，滲鋁后的鋼鐵樣品在溫度高于400℃的含氧氣氛中，保溫一定時(shí)間就可以原位轉(zhuǎn)變生成晶態(tài)結(jié)構(gòu)的γ-Al₂O₃和α-Al₂O₃陶瓷層。因此，對(duì)低溫滲鋁石油管線用鋼進(jìn)行熱氧化處理可以使?jié)B鋁層Fe-Al金屬間化合物組成原位轉(zhuǎn)變?yōu)锳l₂O₃陶瓷，同時(shí)通過(guò)兼具金屬性和陶瓷性的Fe-Al金屬間化合物實(shí)現(xiàn)鋼鐵材料基體與陶瓷層之間的理想過(guò)渡，保證陶瓷涂層與鋼鐵金屬基體的結(jié)合強(qiáng)度。另一方面，還可以通過(guò)熱氧化工藝參數(shù)調(diào)整獲得腐蝕性能優(yōu)異的Al₂O₃陶瓷組成、形貌和厚度，從而避免陶瓷膜在生長(zhǎng)過(guò)程中遭到腐蝕破壞導(dǎo)致的防腐性能降低等問(wèn)題。?

專利號(hào)CN1621563公開(kāi)的“一種金屬表面陶瓷化處理方法”，先采用熱浸鍍法或真空蒸鍍法制備了一層具有適當(dāng)厚度的鋁層，再采用微弧氧化技術(shù)對(duì)基體表面所鍍的鋁層進(jìn)行陶瓷化處理，獲得陶瓷層，但該專利中涉及的預(yù)處理熱浸鍍溫度為700-720℃、真空蒸鍍溫度為1400~1500℃，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了石油管用鋼的最終熱處理溫度560-600℃，會(huì)損害石油管線鋼材料原有的力學(xué)性能，且微弧氧化處理所制得的陶瓷層結(jié)構(gòu)和性能受電解液組成、微弧氧化電能量、微弧氧化時(shí)間等多個(gè)參數(shù)的影響，工藝可重復(fù)性較差。專利號(hào)CN101618471公開(kāi)的“一種金屬表面陶瓷化方法”首先通過(guò)熔釬焊的方法堆焊一層鋁基堆焊層，再采用微弧氧化處理獲得陶瓷層，但鋁基體堆焊層的厚度、均勻性難以控制，純鋁層原位生成的陶瓷層與之間沒(méi)有明顯的梯度過(guò)渡成分，容易產(chǎn)生孔洞、裂紋等缺陷；專利號(hào)CN102051608A涉及“一種金屬表面陶瓷化處理方法”是將油基納米陶瓷介質(zhì)在陶瓷處理器中對(duì)金屬表面進(jìn)行陶瓷化處理，但該方法所得陶瓷膜與金屬基體之間的結(jié)合力差，并且膜的厚度較小，難以保證受載荷條件下陶瓷膜的完整性。此外，上述專利文獻(xiàn)并未公開(kāi)所得陶瓷層組成、結(jié)構(gòu)和性能的表征。有關(guān)采用熱氧化處理在金屬表面獲得陶瓷層還未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。?

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種低溫滲鋁石油管線用鋼表面原位陶瓷層的制備工藝，針對(duì)其它涂層法無(wú)法在低溫條件下在石油管用鋼表面制備出結(jié)合強(qiáng)度高的防腐蝕陶瓷層問(wèn)題，具有操作簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)致密，結(jié)構(gòu)厚度均勻連續(xù)，提高了腐蝕防護(hù)效果的特點(diǎn)。?

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種低溫滲鋁石油管線用鋼表面原位陶瓷層的制備工藝，包括有以下步驟：?

(一)低溫滲鋁

將表面機(jī)械研磨處理后的石油管線鋼包埋在包埋滲劑中，包埋滲鋁溫度為470～530℃，包埋處理1～3小時(shí)；

(二)熱氧化處理