專(zhuān)利名稱(chēng)：防御熱堿壓力容器應(yīng)力腐蝕開(kāi)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(kāi)裂的絲材火焰噴涂金屬高分子復(fù)合涂層。
熱堿壓力容器系指器內(nèi)苛性堿(NaOH)濃度達(dá)28％～30％，溫度140～160℃，壓力0.3MPa左右的生產(chǎn)氧化鋁的蒸發(fā)器。該類(lèi)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(chǎng)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(lèi)設(shè)備焊縫區(qū)發(fā)生“堿脆型”應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。中國(guó)有色金屬工業(yè)總公司山西鋁廠(chǎng)的1100m2自循環(huán)大型蒸發(fā)器在投產(chǎn)后僅三個(gè)月就發(fā)生焊縫大面積開(kāi)裂事故就屬于這種堿脆引起的焊縫早期開(kāi)裂，嚴(yán)重影響企業(yè)安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。
本發(fā)明的目的是開(kāi)發(fā)出一種耐蝕涂層，有效隔離堿液直接作用于焊縫區(qū)，保護(hù)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(kāi)裂，延長(zhǎng)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(duì)內(nèi)壁有強(qiáng)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(duì)焊縫開(kāi)裂的原因進(jìn)行了分析，針對(duì)其失效機(jī)制，設(shè)計(jì)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(chǎng)實(shí)際工況的應(yīng)力腐蝕加速試驗(yàn)，對(duì)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(chǎng)施工，本發(fā)明結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作條件對(duì)熱噴涂工藝進(jìn)行了優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，以保證現(xiàn)場(chǎng)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(qiáng)涂層和基體的結(jié)合強(qiáng)度，同時(shí)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(duì)層中的孔隙進(jìn)行封閉，以防腐蝕介質(zhì)由孔隙滲入基體。
底層主要為Ni-Cr合金涂層，其中Ni含量80～85％，Cr含量13～18％，其余為Al、Si元素，涂層厚度0.08～0.12mm。
面層由Fe-Cr-Ni合金為主，其中Cr含量18～22％，Ni含量8～12％，F(xiàn)e含量55～60％，其余為C、Mn、Si、Ti元素，涂層厚度0.25～0.30mm。
表面高分子封閉層主要成份為環(huán)氧基樹(shù)脂，采用胺類(lèi)高溫固化劑。涂層具有良好的浸潤(rùn)性和耐蝕性，厚度為0.02～0.04mm。
本發(fā)明工藝過(guò)程如下首先使用20～40目金剛砂對(duì)金屬基體進(jìn)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(chǎng)噴涂的金屬絲火焰噴涂設(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(shí)施例噴涂設(shè)備選用美國(guó)METCO公司12E型高速絲材火焰噴槍?zhuān)瑖娡拷饘俳z為滿(mǎn)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?xì)鉃檠跻胰矚怏w，金屬絲由送絲機(jī)構(gòu)送入噴槍前部火焰區(qū)，迅速加熱熔化，同時(shí)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(jì)讀數(shù)本發(fā)明制備的金屬—高分子復(fù)合涂層，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)際工況的應(yīng)力腐蝕加速試驗(yàn)測(cè)定，經(jīng)涂層保護(hù)的焊縫試樣比未經(jīng)涂層保護(hù)的焊縫試樣應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂周期延長(zhǎng)至10倍以上，經(jīng)山西鋁廠(chǎng)四蒸發(fā)車(chē)間八臺(tái)蒸發(fā)器的實(shí)際應(yīng)用表明，94年未采用涂層，全年八臺(tái)設(shè)備焊縫開(kāi)裂、泄漏搶修55臺(tái)次，95年采用涂層后，焊縫無(wú)一開(kāi)裂。僅95年度，節(jié)約蒸發(fā)器搶修費(fèi)180萬(wàn)元，減少停機(jī)增加產(chǎn)值2000余萬(wàn)元，全年增收節(jié)支1000余萬(wàn)元。
本發(fā)明可推廣應(yīng)用于其它鋁廠(chǎng)和各類(lèi)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(kāi)裂和泄漏問(wèn)題。
權(quán)利要求
1.防御熱堿壓力容器應(yīng)力腐蝕開(kāi)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，底層上配置有面層，面層上配置有表面封閉層。本發(fā)明的特征是，所說(shuō)的底層為Ni-Cr合金涂層，所說(shuō)的面層為Fe-Cr-Ni合金涂層，所說(shuō)的表面封閉層為環(huán)氧基樹(shù)脂涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬高分子復(fù)合涂層，其特征在于，所說(shuō)的Ni-Cr合金涂層中，Ni含量為80～85％，Cr含量為13～18％，其余為Al、Si元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬高分子復(fù)合涂層，其特征在于，所說(shuō)的Fe-Cr-Ni合金中，Cr含量為18～22％，Ni含量為8～12％，F(xiàn)e含量為55～60％，其余為C、Mn、Si、Ti元素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的金屬高分子復(fù)合涂層，其特征在于，所說(shuō)的底層厚度為0.08～0.12mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的金屬高分子復(fù)合涂層，其特征在于，所說(shuō)的面層厚度為0.25～0.30mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬高分子復(fù)合涂層，其特征在于，所說(shuō)的表面封閉層厚度為0.02～0.04mm。
全文摘要
一種防御熱堿壓力容器應(yīng)力腐蝕開(kāi)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(shù)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(hù)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(kāi)裂，延長(zhǎng)蒸發(fā)器的安全使用壽命。
文檔編號(hào)C23C4/08GK1147564SQ9611869
公開(kāi)日1997年4月16日 申請(qǐng)日期1996年6月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月6日
發(fā)明者韓志海, 陳華, 陳利利 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)