[發明專利]一種海洋鉆井平臺耐腐涂層制備方法

有效

• 申請號: 201510878422.3
• 申請日: 2015-12-04
• 公開（公告）號: CN105463443B
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 王守仁;湯以品;王瑞國;張肖;張來斌;尹建國
• 申請（專利權）人: 山東開泰拋丸機械股份有限公司
• 主分類號: C23C24/04
• 分類號: C23C24/04
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 李舜江

本發明涉及一種海洋鉆井平臺防腐涂層的制備方法，屬于高熵合金耐腐涂層制備的技術領域。該方法采用雙進料口噴嘴空氣動力噴涂技術將Al?Cr?Fe?Mn?Ni五組元高熵合金粉末噴涂到海洋鉆井平臺鋼結構基體上，同時加入陰極保護金屬Zn粉，從而獲得成分穩定、耐腐蝕性優良的涂層。結果表明，雙進料口噴嘴空氣動力噴涂技術是一種制備Al?Cr?Fe?Mn?Ni五組元高熵合金耐腐涂層的有效方法，較現有的海洋防腐涂層相比不僅具有涂層厚度大、致密、耐腐蝕性強等特點。

技術領域

本發明涉及一種使用與海洋鉆井平臺的耐腐涂層的制備方法。

背景技術

海洋鉆井平臺中的鋼結構，長期處于海洋鹽霧、海水電離、化學物質的腐蝕環境中。傳統的耐腐涂層多為環氧涂料，但是存在附著力、耐海水腐蝕、耐陰極剝落性差，因此，海洋平臺每不到一年到兩年就需要修理，或者重新涂裝，不僅維修費用巨大，而且影響海洋平臺的使用。

高熵合金作為一種多組元合金，運用了4種元素以上的等摩爾質量比的設計思想，具有較高混亂程度和超高玻璃化形成能力，因而具有高強度、高硬度，高耐磨性，高耐溫性和高耐腐蝕等良好的特性。尤其在耐腐蝕性能方面大大優于不銹鋼等鋼材。近年來，高熵合金涂層制備方法有激光溶覆、電化學沉積和磁控濺射等幾種，這些方法各有優缺點。其中電化學沉積方法形成速度較慢，且受到工件尺寸的限制，適合制備小厚度的涂層；磁控濺射方法制備涂層的效率雖然高，但受設備限制，生產成本較高；激光溶覆方法是近幾年來發展起來的新技術，它是通過較高溫度熱源及較大的過空氣動力度將高熵合金粉末溶覆到基體表面，以獲得一定厚度及所需性能的高熵合金涂層。這種工藝已相對廣泛，但其使用仍然受到局限。由于高熵合金組元的多樣性，以及在激光加熱過程中的極高過空氣動力度影響，導致涂層和基體之間溫度梯度過大，在涂層或過度區產生較大熱應力，導致裂紋的產生。另外，溶覆過程中產生較多氣孔，激光燒結時基體與涂層的結合強度不足，同時從組織形態上來說，激光溶覆組織是一種快速凝固的鑄態組織，存在著晶界偏析現象，這些因素會最終影響制備材料的使用性能。

另外，在進料方面，傳統的為單進料口，同時氣體加熱在噴嘴前段，這就使得熱量在到達噴嘴時大的降低，使得粉末的加熱效果大大折扣。

空氣動力噴涂是一種壓縮空氣驅動金屬粒子使得在完全固態下以極高的速度抨擊基材，通過這種劇烈碰撞產生塑性變形而沉積形成涂層的一種新型的噴涂技術。它的優點在于可以消除熱噴涂的熱應力變形、氧化、晶粒粗大等影響。

然而運用空氣動力噴涂技術將高熵合金涂層制備在海洋鉆井平臺等表面提高耐腐性能的做法還未有報道。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的缺點，本發明的目的在于提供一種新型的海洋鉆井平臺防腐涂層的制備方法，運用以Al-Cr-Fe-Mn-Ni五組元高熵合金粉末與Zn粉7：1混合的粉末為原料，通過雙進料孔噴嘴及空氣動力噴涂技術在海洋鉆井平臺鋼材基體上制備防腐涂層。

為了解決上述問題，本發明采用以下技術方案：

一種海洋鉆井平臺防腐涂層的制備方法，該方法是以Al-Cr-Fe-Mn-Ni五組元高熵合金粉末與Zn粉7：1（質量比）混合的粉末為原料，通過雙進料口噴嘴及空氣動力噴涂技術在海洋鉆井平臺鋼材基體上制備防腐涂層。

所述空氣動力噴涂技術制備耐腐涂層的過程中，通過雙進料噴嘴，Al-Cr-Fe-Mn-Ni五組元高熵合金粉末與Zn粉末分別從兩個進料口，經過加熱器加熱，使得粉末溫度達到300-400℃，噴涂的動力由空氣壓縮機提供，壓力為3-5Mpa，噴涂距離為3-5cm。

所述的Al-Cr-Fe-Mn-Ni五組元高熵合金粉末化學成分配比為等摩爾比1：1：1：1：1。可以避免粉末元素之間形成金屬間化合物，這些化合物都是脆性物質，對于防腐，硬度提高都是不好的。同時等摩爾比的設計思想，可以使得五種元素形成高熵固溶體，這種固溶體對于防腐是非常有幫助的。因為高熵固溶體是個非常穩定的結構，不易和其他腐蝕液體發生反應。