專利名稱：防御熱堿壓力容器應(yīng)力腐蝕開裂的金屬高分子復(fù)合涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬—高分子涂層，特別涉及一種防御熱堿壓力容器焊縫區(qū)應(yīng)力腐蝕開裂的絲材火焰噴涂金屬高分子復(fù)合涂層及其復(fù)涂方法。
熱堿壓力容器系指器內(nèi)苛性堿(NaOH)濃度達28～30％，溫度140～160℃，壓力0.3MP左右的生產(chǎn)氧化鋁的蒸發(fā)器。該類設(shè)備通常用20G、16Mn等優(yōu)質(zhì)低碳結(jié)構(gòu)鋼制造。由于設(shè)備龐大，通常需在現(xiàn)場焊接、拼裝，設(shè)備的焊縫常存在較高的焊接殘余應(yīng)力、拘束應(yīng)力等。這些應(yīng)力和上述熱堿液的協(xié)同作用，常導(dǎo)致該類設(shè)備焊縫區(qū)發(fā)生“堿脆型”應(yīng)力腐蝕開裂。中國有色金屬工業(yè)總公司山西鋁廠的1100m2自循環(huán)大型蒸發(fā)器在投產(chǎn)后僅三個月就發(fā)生大面積開裂事故就屬于這種堿脆引起的焊縫早期開裂，嚴重影響企業(yè)安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益。1996年6月本申請人曾申請了一種復(fù)合涂層(申請?zhí)?6118692.5)，但所敘述的涂層的組成公開不充分，無法實施。
本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，開發(fā)出一種耐蝕涂層，能夠有效隔離堿液直接作用于焊縫區(qū)，保護焊縫隙免遭熱堿液侵蝕，從而避免熱堿壓力容器的應(yīng)力腐蝕開裂，延長蒸發(fā)器的安全使用壽命。
由于熱堿液在蒸發(fā)器中上下循環(huán)蒸發(fā)濃縮，對內(nèi)壁有強烈的熱沖刷磨損和熱遷移作用，因此普通的高分子涂層或其它襯層很難適應(yīng)這種苛刻的工況。發(fā)明人首先對焊縫開裂的原因進行了分析，針對其失效機制，設(shè)計了幾種能有效抵抗熱堿液腐蝕和沖刷磨損的金屬—高分子復(fù)合涂層，經(jīng)模擬現(xiàn)場實際工況的應(yīng)力腐蝕加速試驗，對比涂層的耐蝕性和抗磨性，從中優(yōu)選最佳涂層?？紤]到必須到現(xiàn)場施工，本發(fā)明結(jié)合現(xiàn)場工作條件對熱噴涂工藝進行了優(yōu)化實驗，以保證現(xiàn)場噴涂的質(zhì)量。
本發(fā)明包括底層(粘結(jié)層)、面層(工作層)和表面高分子封閉層。底層主要增強涂層和基體的結(jié)合強度，同時具有良好的抗堿液侵蝕性能；面層主要考慮耐蝕性和抗磨性；表面高分子涂層主要對層中的空隙進行封閉，以防腐蝕介質(zhì)進入空隙滲入基體。
底層主要為Ni-Cr基合金涂層，其中Cr含量16～18％，Si含量2～3％，Al含量1.0～1.5％，F(xiàn)e≤0.1％，C≤0.1％，S≤0.02％，其余為Ni，底層厚度為0.08～0.12mm。
面層由Fe-Ni-Cr合金為主，其中Cr含量18～20％，Ni含量9～12％，C≤0.05％，Mn≤1.5％，Si≤1.0％，Ti≤0.1％，其余為Fe，涂層厚度0.25～0.30mm。
表面高分子封閉層主要成分為環(huán)氧基樹脂，采用胺類高溫固化劑。涂層具有良好的浸潤性和耐蝕性，厚度為0.02～0.04mm。
本發(fā)明工藝過程如下首先使用20～40目金剛砂對金屬基體進行噴砂，去除基體表面氧化層和污染物，形成粗糙度為15～25μm的新鮮銀灰色表面，然后采用可在現(xiàn)場噴涂的金屬絲火焰噴涂料設(shè)備先噴涂Ni-Cr合金底層，緊接著噴涂Fe-Cr-Ni面層，最后刷涂表面高分子封閉層。
實施例噴涂設(shè)備選用美國METCO公司12E型高速絲材火焰噴槍，噴涂金屬絲為滿足氧—乙炔火焰噴涂要求特制的Φ3mm合金絲(材質(zhì)成分同上述底層和面層)，燃氣為氧乙炔氣體，金屬絲由送絲機構(gòu)送入噴槍前部火焰區(qū)，迅速加熱熔化，同時被高速氣流霧化，均勻覆蓋于基體表面，冷卻后形成完整的與基體結(jié)合良好的涂層。具體噴涂工藝參數(shù)如下表
注壓力(bar)和流量(格)為METCO12-E控制柜壓力表和流量計讀數(shù)本發(fā)明制備的金屬—高分子復(fù)合涂層，經(jīng)實驗室模擬實際工況的應(yīng)力腐蝕加速試驗測定，經(jīng)涂層保護的焊縫試樣比未經(jīng)涂層保護的焊縫試樣應(yīng)力腐蝕開裂周期延長到10倍以上，經(jīng)山西鋁廠四蒸發(fā)車間八臺蒸發(fā)器的實際應(yīng)用表明，94年未采用涂層，全年八臺設(shè)備焊縫開裂、泄漏搶修55臺次，95年采用涂層后，焊縫無一開裂。僅95年度，節(jié)約蒸發(fā)器搶修費180萬元，減少停機增加產(chǎn)值2000余萬元，全年增收節(jié)支1000余萬元。
本發(fā)明可推廣應(yīng)用于其它鋁廠和各類冶金、化工企業(yè)大型熱堿壓力容器，解決熱堿液引起的應(yīng)力腐蝕開裂和泄漏問題。
權(quán)利要求
1.一種防御熱堿壓力容器應(yīng)力腐蝕開裂的金屬高分子復(fù)合涂層，包括和金屬基體相粘結(jié)的底層，底層上培植有面層，面層上培植有表面封閉層，本發(fā)明的特征在于，所說的底層為Ni-Cr基合金涂層，所說的面層為Fe-Cr-Ni合金涂層，所說的表面封閉層為環(huán)氧基樹脂涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種防御熱堿壓力容器應(yīng)力腐蝕開裂的金屬高分子復(fù)合涂層，其特征在于，所說的Ni-Cr基合金中，其中Cr含量16～18％，Si含量2～3％，Al含量1.0～1.5％，F(xiàn)e≤0.1％，C≤0.1％，S≤0.02％，其余為Ni。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的一種防御熱堿壓力容器應(yīng)力腐蝕開裂的金屬高分子復(fù)合涂層，其特征在于，所說的Fe-Ni-Cr合金中，其中Cr含量18～20％，Ni含量為9～12％，C≤0.05％，Mn≤1.5％，Si≤1.0％，Ti≤0.1％，其余為Fe。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所說的一種防御熱堿壓力容器應(yīng)力腐蝕開裂的金屬高分子復(fù)合涂層，其特征在于，所說的底層厚度為0.08～0.12mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、3所說的一種防御熱堿壓力容器應(yīng)力腐蝕開裂的金屬高分子復(fù)合涂層，其特征在于，所說的面層厚度0.25～0.30mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、3所說的一種防御熱堿壓力容器應(yīng)力腐蝕開裂的金屬高分子復(fù)合涂層，其特征在于，所說的面層封閉層厚度為0.02～0.04mm。
全文摘要
一種防御熱堿壓力容器應(yīng)力腐蝕開裂的金屬高分子復(fù)合涂層,包括和金屬基體相粘結(jié)的Ni－Cr合金底層,底層上配置有Fe－Cr－Ni合金面層,面層上配置有環(huán)氧基樹脂表面封閉層,能夠有效隔離堿液直接作用于焊縫區(qū),保護焊縫免遭熱堿液侵蝕,從而避免熱堿壓力容器的應(yīng)力腐蝕開裂,延長蒸發(fā)器的安全使用壽命。
文檔編號C23C4/18GK1274766SQ0011381
公開日2000年11月29日 申請日期2000年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月22日
發(fā)明者韓志海, 陳華, 陳利利 申請人:西安交通大學(xué)