[發明專利]一種涂覆有石墨烯-硅-鋯復合防腐內層的高純氣體貯運鋼瓶的制造方法

在審

• 申請號: 201610227700.3
• 申請日: 2016-04-13
• 公開（公告）號: CN105782706A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 仲偉德;吳杰
• 申請（專利權）人: 南通清安健無水印染研究所（普通合伙）
• 主分類號: F17C1/10
• 分類號: F17C1/10
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 崔立青

技術領域

本發明涉及一種涂覆有石墨烯-硅-鋯復合防腐內層的高純氣體貯運鋼瓶的制造方法，屬 耐腐蝕高壓容器制造技術領域。

背景技術

高壓高純標準氣體標樣是用于檢測的對照標準品，其純度要求都在8-10個9以上。有些 標準氣體活性很高，如高純氧、高純氫、高純硫化氫等，這些氣體很容易與裝運的金屬瓶的 內壁發生反應而失去標樣價值。

傳統裝運標樣氣體的容器多數為耐高壓鋁合金鋼瓶，不銹鋼鋼瓶，普通鋼鋼瓶等，近幾 年也出現了碳纖維復合的陶瓷耐壓鋼瓶，內壁搪玻璃鋼瓶，搪瓷鋼瓶等。以上標準氣體裝運 鋼瓶只能根據不同的氣體性質選擇使用，不能通用；一旦選擇錯誤，標準氣體中的微量元素 就會與鋼瓶內壁反應，破壞標準氣體的純度，使之失去使用價值或使檢測數據錯誤。

發明內容

本發明的目的在于提供一種涂覆有石墨烯-硅-鋯復合防腐內層的高純氣體貯運鋼瓶的制 造方法，具體采用如下工藝進行：將由石墨烯粉、二氧化硅粉和二氧化鋯粉組成的原料用水 調勻，形成漿狀液體；然后將漿狀液體采用多次噴涂和干燥的方式涂覆在鋼質瓶體的內層， 形成涂層；然后將帶有涂層的鋼質瓶體置于電爐內，采用多段升溫方式對涂層進行燒制，當 燒制溫度達到930℃后，恒溫2h，使二氧化硅充分均勻熔融并與石墨烯粉和二氧化鋯粉結合； 然后再自然冷卻；最后進行退火，制得高純氣體貯運鋼瓶，該鋼瓶適于裝運高壓高純標準氣 體；漿狀液體每次噴涂的厚度為0.2-0.3mm，每次噴涂后將鋼質瓶體置于干燥箱中，在80℃ 干燥12h后，再次進行漿狀液體的噴涂和干燥；使涂層的厚度達到1.2-1.5mm；

所述原料由如下質量比例的成分組成：石墨烯粉10-20％，二氧化硅粉50-80％，二氧化 鋯粉10-30％；進一步優選為：石墨烯粉14％，二氧化硅粉70％，二氧化鋯粉16％。

石墨烯是一種只有單層碳原子厚，呈六方結構的新型碳材料。由于石墨烯的特殊結構， 任何氣體分子均不能從石墨烯的分子間隙中通過；從而確保氣體不與裝運的鋼瓶發生腐蝕反 應。二氧化硅是性質比較穩定的物質，與石墨烯和二氧化鋯所形成的復合材料，有較強的耐 氣體腐蝕性以及穩定性，又有很高的強度、韌性、彈性，其冷熱收縮膨脹系數能夠完全適應 鋼質瓶體，是一種制造高純氣體貯運鋼瓶的適宜材料。

在本發明中，對涂層的燒制采用多段升溫的方式進行，以使涂層中的微量水分可以緩慢 地釋放出來，從而形成結構致密的涂層，以有效地防止鋼瓶中所存氣體的穿透。如果采用快 速干燥的方法，水分在從涂層中急速釋放時，會在涂層中產生大量的細小微孔，這些孔在涂 層烘干后會有部分繼續保留在涂層中，鋼瓶中所存的氣體就會通過這些孔與鋼質瓶體發生反 應，進而影響氣體的品質。

在燒制的過程中，隨著溫度的升高，涂層中剩余的微量水分被逐漸揮發干凈，當達到一 定溫度后，二氧化硅開始融化，并與石墨烯和二氧化鋯相結合形成致密的結構形態。在本發 明中，將石墨烯、二氧化硅和二氧化鋯共混后用于制作鋼瓶的內壁，用于隔離貯運氣體與鋼 瓶的鋼質瓶體進行接觸，確保貯運氣體不會受到污染變質。配置有采用本發明所制復合防腐 內層的鋼瓶可用于一股標準氣體的貯運。

進一步，在電爐內，對涂層進行燒制時，所采用的多段升溫方式中，至少分為5個階段 逐步提高燒制溫度。具體地，優選采用如下工藝：第一次升溫到80℃，保持24h；第二次升 溫到95℃，保持24h；第三次升溫到200℃，保持20min；第四次升溫到500℃，保持1h；第 五次升溫到930℃，保持2h，完成涂層的燒制。

采用多段升溫的方式對涂層進行燒制，可以使涂層中的微量水分緩慢平穩地徹底釋放出 料，當溫度每升高到一定的高度，都要保持一段時間，不但使涂層中的水分進一步地釋放， 還使涂層中的各種物料相互擴散與融合，最后使二氧化硅粉熔融，從而使各種原料相互結合 在一起，形成結構致密的石墨烯-硅-鋯復合防腐內層，且該復合防腐內層具有良好的氣密性。

良好的退火工藝，可以保證鋼瓶的質量，并提高鋼瓶的使用周期，在本申請中，退火溫 度優選采用100-800℃。

為了使復合防腐內層的氣密性得到保證，并提高鋼瓶的使用周期，優選二氧化硅的純度 ≥99.98％，二氧化鋯的純度≥99.5％，所述百分比為質量百分比；以及優選二氧化硅和二氧 化鋯的顆粒度均≥500目。