[發明專利]用于金屬表面的保護涂層

無效

• 申請號: 201380068112.4
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN105102114A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發明（設計）人: 艾薩克·雅各布斯·里斯厄;弗朗西斯·阿諾爾德斯·瑪麗亞·延寧克
• 申請（專利權）人: 法國德西尼布
• 主分類號: B01J19/02
• 分類號: B01J19/02;B01J19/24;C10G9/00;C10G9/20;C23C30/00;C10K1/04
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;劉華聯

本發明涉及一種用于加熱或冷卻還原氣體的方法。

高溫腐蝕是一個化學過程，其中，高溫(通常溫度高于350℃)引起材料與其周圍的物質，通常與氣氛中的氣態化合物發生化學反應，因而損壞材料。均勻表面腐蝕和點蝕之間是有區別的，在均勻表面腐蝕中，來自腐蝕的損壞基本上均勻地遍布材料的整個表面，在點蝕中，腐蝕更具有局部性并導致材料上產生小孔。

高溫腐蝕可能是與分子氧發生氧化的結果(例如結垢)。但是，其也可以在具有低的氧含量的氣氛中發生，例如，在含碳氣氛中，例如含一氧化碳氣氛。

例如，如果使金屬物體在高溫下與含有一氧化碳、甲烷和/或其他含碳組分的氣體接觸，特別是當所述氣體具有低的氧含量時，可發生高溫腐蝕。這種高溫腐蝕的例子有滲碳和金屬塵化。

滲碳是一個腐蝕過程，其中，金屬材料(通常是鐵或其合金，例如剛)由于在高溫下暴露在含碳氣氛中而被損壞。在這個過程中，碳被擴散進入到金屬材料的表面，并隨后形成金屬碳化物。滲碳可導致材料變得易碎并可引起龜裂的產生。進一步地，滲碳可導致機械性能的減弱，例如抗氧化性的減弱。還已知有意地使材料滲碳以提供高的表面硬度和耐磨性。例如，可對鋼進行處理以使表層富含碳含量。

金屬塵化是一個腐蝕過程，一般在約350至約1050℃的溫度范圍，其通常伴隨著碳源例如一氧化碳的滲碳過程。

在這個過程中，金屬材料在強的滲碳氣氛中解體成石墨灰和金屬粒子。金屬塵化可導致金屬損耗和/或材料的嚴重點蝕。不希望被任何理論限制，滲碳的機理被認為如下。首先，存在碳攝入到金屬相中，導致合金中的碳過飽和，隨后形成亞穩態的金屬碳化物(M₃C，其中M是金屬，如Cr、Fe和Ni)，然后其從金屬表面移出進入到石墨層。

由高溫腐蝕例如滲碳和金屬塵化引起的材料降解被認為例如是石油化工技術工藝中的難題，例如是在用于使鋼硬化的工業熔爐中的加熱管道和其他金屬組分中的難題。

金屬塵化被特別地認為是還原氣氛中的一個難題，所述還原氣氛例如為含有相對高含量的一氧化碳的氣氛。舉例來說，在金屬管道中在高溫下處理還原氣體，該金屬管道可能遭受強的腐蝕。在這種條件下，金屬塵化引起與還原氣體接觸的金屬材料表面的災難性腐蝕。災難性腐蝕是指在非常短的時間內發生的腐蝕，例如小于10天。

雖然在裂化管中也可觀察到溫和的腐蝕，但是被金屬塵化引起的災難性腐蝕在裂化過程中一般不會發展到很大的程度。在裂化管中加熱的烴類氣體沒有強還原性，并且沒有高于0.5體積％的一氧化碳含量。進一步地，裂化爐的金屬表面通常由于結焦而被碳沉淀物所覆蓋。這種結焦層阻止烴類氣體直接到達裂化管的金屬表面，因此限制了烴類氣體可能對金屬表面發生的腐蝕影響。

在本領域，已知有多種技術用于防止滲碳和/或金屬塵化。

WO2010/097300描述了金屬的表面處理以保護其免于金屬塵化。所使用的多孔涂層由納米粒和陶瓷粉制備而成。

US2008/0020216描述了包括氧化層和金屬涂層的金屬涂層組合物用于阻止金屬表面的金屬塵化的應用。

本發明的一個目的是提供一種用于保護金屬表面在還原氣氛，特別是在滲碳氣氛中免于高溫腐蝕的方法。

本發明的進一步的目的是提供一種用于在含有金屬的管道中加熱或冷卻還原氣體的方法，其中還原氣體經受高溫，在所述高溫下在缺乏足夠的保護的情況下滲碳和/或金屬塵通常是一個難題，其中所述含有金屬的管道被保護以免于滲碳和/或金屬塵化。

根據本發明，發現在滲碳條件和/或金屬塵化條件下，由涂層組合物制備的層成功地防止或至少基本上減少了金屬層的高溫腐蝕，其中，所述涂層組合物包括無定形硅酸鹽、晶態氧化物、任選地輻射劑和任選的穩定劑/粘結劑。這里用的術語滲碳條件是指金屬層會滲碳并隨后可能發生金屬塵化的條件。更具體地，滲碳條件是指在高溫(至少400℃)下，存在相對高含量的含碳化合物的還原氣氛。這些特定條件在下面會有更詳細的描述。

因此，本發明涉及一種用于加熱或冷卻含碳還原氣體的方法，其中，所述氣體被加熱到至少400℃的溫度，或其中所述氣體從超過400℃的溫度冷卻，其中氣體沿著加熱或冷卻單元的表面傳送，所述加熱或冷卻單元包括導熱金屬或金屬合金體以及保護層，所述保護層提供所述表面，并且所述保護層由包括無定形硅酸鹽、晶態氧化物、任選地輻射劑和任選地穩定劑/粘結劑的涂層組合物制備而成。