[發明專利]防止金屬基體發生腐蝕的涂層、制備方法及防腐蝕構件

在審

• 申請號: 201410106785.0
• 申請日: 2014-03-21
• 公開（公告）號: CN104928608A
• 公開（公告）日: 2015-09-23
• 發明（設計）人: 丁寶峰;邸建軍;賴廣森;李依璇;劉嚴強;張凱昌;劉小平
• 申請（專利權）人: 北京碧海舟腐蝕防護工業股份有限公司;廊坊碧海舟涂料有限公司
• 主分類號: C23C4/04
• 分類號: C23C4/04;C23C4/12;C23F13/14;F17C1/10;F17C3/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及用于防止金屬基體發生腐蝕的涂層。特別地，本發明涉及用于防止鋼鐵基體發生腐蝕的金屬涂層及其復合涂層。

背景技術

腐蝕是指由于材料與環境反應而引起的破壞或變質。金屬的腐蝕是一個熱力學自發的過程，且非常普遍，比如鋼鐵材料在多種自然環境和工業環境下都易于產生腐蝕。金屬的腐蝕原理有多種，其中電化學腐蝕是最為廣泛的一種。以鋼鐵為例，工業用鋼鐵實際上是合金，即除鐵之外還含有石墨、滲碳體及其雜質，它們大多數沒有鐵活潑。當鋼鐵被置于水溶液或潮濕大氣中時，其表面會形成腐蝕微電池，其中較活潑的鐵成為陽極，石墨、滲碳體及其雜質則成為陰極。腐蝕微電池的陽極上發生氧化反應，使鋼鐵發生溶解，Fe＝Fe²⁺+2e^-；陰極上則發生還原反應，即吸氧腐蝕：2H₂O+O₂+4e^-＝4OH^-。由于鐵與雜質緊密接觸，使得上述腐蝕不斷進行。這是鋼鐵在中性環境中發生腐蝕的最基本的原理，如果是在酸性環境下，則陰極上發生的還原反應為析氫腐蝕：2H⁺+2e^-＝H₂。

在含有硫化氫的環境中，金屬腐蝕機理更為復雜一些，除了常見的電化學腐蝕以外，還觀察到應力腐蝕開裂現象。濕硫化氫環境下的應力腐蝕開裂，是指水相或含水物質在露點以下形成的水相與硫化氫共存時，金屬在介質與外力(含內部組織應力及殘余應力)協同作用下所發生的開裂。根據《HG20581鋼制化工容器材料選用規定》，同時符合以下各項條件時即為濕硫化氫應力腐蝕環境：(1)溫度小于等于(60+2P)℃，其中P為壓力MPa(表壓)；(2)硫化氫分壓大于等于0.00035MPa；(3)介質中含有液相水或處于露點溫度以下；(4)pH值小于9或介質中有氰化物存在。一般認為，濕硫化氫腐蝕引起的開裂主要有4種形式：氫鼓泡(HB)、氫致開裂(HIC)、應力導向氫致開裂(SOHIC)、硫化物應力腐蝕開裂(SSCC)。

液化石油氣球罐、輕烴球罐、天然氣球罐是石油天然氣行業常用的設備。這些氣體球罐在一般情況下都不可避免地含有一定量的硫化氫氣體，因而在球罐內部形成了可以發生濕硫化氫應力腐蝕的環境。國外關于硫化氫含量對服役球罐損傷的分布統計為：硫化氫含量大于100ppm的球罐內壁發生裂紋的比率超過73.5％，硫化氫含量在50ppm和100ppm之間的球罐內壁發生裂紋的比率超過26.5％。應當指出的是，硫化氫含量低于50ppm，僅能作為一個經驗數據或者是目前應當高度重視的一個數據，大量的腐蝕調查表明，尚不能完全確定防止應力腐蝕開裂的硫化氫含量的安全下限；國外有資料報道，對于硫化氫含量小于50ppm的水相工藝環境中的壓力容器也還有發現17％的開裂率。

由此可見，硫化物應力腐蝕開裂已經成為液化石油氣(LPG)球罐以及其它輕烴球罐普遍存在的威脅。LPG球罐在使用時，因儲存介質環境所造成的腐蝕破壞是經常發生的，會產生腐蝕坑、溝糟甚至腐蝕裂紋，使鋼材的力學性能劣化，導致球罐失效。LPG球罐由于儲存介質具有易燃、易爆等特點，一旦發生事故其后果十分嚴重。

有機涂層或者耐蝕金屬材料可用于控制硫化氫環境下的球罐腐蝕，其中有機涂層雖然有一定的保護效果，但其使用壽命較短，一般不超過1-2年，采用耐蝕金屬材料球罐或者耐蝕金屬材料內襯里的球罐對于硫化氫應力腐蝕開裂具有良好的保護效果，但是由于成本過高，至今沒有工業應用的先例。

金屬涂層是一種重要的腐蝕控制手段，應用噴涂技術噴涂金屬涂層能夠有效地防止硫化氫應力腐蝕開裂，兼具良好的保護效果和經濟性的優點。金屬涂層可分為陰極性涂層和陽極性涂層，其防止腐蝕的原理為：(1)對于陰極性金屬涂層，由于其耐腐蝕性優于金屬基體，因而起到了將腐蝕環境與金屬基體隔離的作用；(2)對于陽極性金屬涂層，其一方面起到了將腐蝕環境與金屬基體隔離的作用，另一方面由于涂層是陽極性的，先于金屬基體腐蝕，因而起到了犧牲陽極性質的保護作用；(3)無論陰極性涂層還是陽極性涂層，都可以進行封閉處理，即在金屬涂層表面再涂覆一層或多層有機涂層提供額外的保護，尤其是可以對金屬涂層的孔隙缺陷處提供保護。