一種海洋平臺(tái)用鋼表面改性處理的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及海洋平臺(tái)用鋼表面處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特指一種海洋平臺(tái)用鋼表面改性處理的方法。以海洋平臺(tái)用鋼S355作為底材，其特征在于：首先對(duì)S355進(jìn)行表面凈化處理、噴砂除銹和表面粗糙處理；其次通過(guò)電弧噴涂在S355表面生成一層Fe-Al合金層；接下來(lái)對(duì)形成的噴鋁層進(jìn)行表面拋光處理后，利用陽(yáng)極氧化法在噴鋁層表面生成Al2O3氧化膜；最后利用陶瓷涂層涂料對(duì)Al2O3氧化膜進(jìn)行封孔處理；該復(fù)合工藝可以用較小的能耗獲得更加致密、孔隙率更低的保護(hù)層，極大地提高了底材S355的耐腐蝕性能。
【專利說(shuō)明】一種海洋平臺(tái)用鋼表面改性處理的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及海洋平臺(tái)用鋼表面處理【技術(shù)領(lǐng)域】，特指一種海洋平臺(tái)用鋼表面改性處理的方法。利用一種電弧噴涂鋁涂層+陽(yáng)極氧化+陶瓷涂層涂料封孔的復(fù)合工藝在海洋平臺(tái)用鋼S355上進(jìn)行表面處理，生成致密的氧化膜，提高海洋平臺(tái)用鋼的耐腐蝕性能，屬于材料表面改性處理領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋周圍儲(chǔ)存著豐富的石油與天然氣等資源，隨著人類對(duì)海洋的不斷開(kāi)發(fā)，大型海洋平臺(tái)得到了迅速發(fā)展；海洋平臺(tái)具有荷刻的工作條件、要求嚴(yán)格的安全可靠性、使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)與保養(yǎng)比較困難等一系列特點(diǎn)，因此對(duì)海洋平臺(tái)用鋼的性能提出了很高的要求；S355是目前海洋平臺(tái)建設(shè)中應(yīng)用最廣泛的鋼材種類之一，由于所服役的壞境惡劣，不僅要求S355具有較高的強(qiáng)度、塑性和優(yōu)良的韌性，同時(shí)還要求其具有較強(qiáng)的耐腐蝕能力；為提高海洋平臺(tái)用鋼S355的使用壽命，通過(guò)電弧噴涂在S355表面生成一層Fe-Al合金層，此方法提高了 S355的耐蝕性和抗高溫氧化性等特點(diǎn)，且不破壞基體的整體力學(xué)性能，然而噴鋁層在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中，由于空氣和腐蝕介質(zhì)可以通過(guò)噴鋁層孔洞和裂紋入侵到基體鋼表面，從而腐蝕基體，造成噴鋁層的剝落現(xiàn)象；本發(fā)明專利開(kāi)發(fā)用于服役惡劣環(huán)境下的海洋平臺(tái)用鋼S355的表面抗腐蝕處理方法，解決了上述噴鋁層的缺陷，可以進(jìn)一步提高海洋平臺(tái)用鋼S355的耐腐蝕性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種電弧噴涂鋁涂層+陽(yáng)極氧化+陶瓷涂層涂料封孔的復(fù)合工藝來(lái)提高海洋平臺(tái)用鋼S355的耐腐蝕性能，采用該方法在S355表面生成一層Al2O3保護(hù)層，消除了電弧噴鋁層表面的裂紋和孔隙，進(jìn)一步提高了海洋平臺(tái)用鋼S355的耐腐蝕性能，從而提高了海洋平臺(tái)用鋼S355的使用壽命。
[0004]本發(fā)明的具體步驟如下:一種海洋平臺(tái)用鋼表面改性處理的方法，以海洋平臺(tái)用鋼S355作為底材，其特征在于:首先對(duì)S355進(jìn)行表面凈化處理、噴砂除銹和表面粗糙處理；其次以電弧作為熱源，工業(yè)純鋁作為噴涂材料，利用電弧的高能量把鋁加熱成熔融狀態(tài)與底材里的鐵元素相互滲透，形成冶金結(jié)合；接下來(lái)對(duì)形成的噴鋁層進(jìn)行表面拋光處理后，利用陽(yáng)極氧化法在噴鋁層表面生成Al2O3氧化膜；最后利用陶瓷涂層涂料對(duì)Al2O3氧化膜進(jìn)行封孔處理，其工藝為:將氧化鋁粉、氧化硅粉與硅酸鈉粘結(jié)劑按質(zhì)量比4:4:1預(yù)先混合得到混合料，混合料與去離子水球磨混合成涂料，涂刷到氧化膜表面，然后自然干燥；該復(fù)合工藝可以用較小的能耗獲得更加致密、孔隙率更低的保護(hù)層，極大地提高了底材S355的耐腐蝕性能。[0005]封孔原理是利用氧化膜孔隙吸附性和陶瓷涂層涂料的滲透性，涂層涂料滲入孔隙，沉積于膜孔中，從而達(dá)到封閉的目的。
[0006]所述的對(duì)S355進(jìn)行表面凈化處理、噴砂除銹和表面粗糙處理，確保S355清潔度達(dá)Sa3級(jí)和粗糙度達(dá)Rz40~100 μ m。
[0007]所述的混合料與去離子水的質(zhì)量比為3:1。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為S355表面電弧噴涂鋁涂層表面-界面形貌，其中(a)表面形貌；(b)界面形貌。
[0009]圖2為S355表面陽(yáng)極氧化處理后表面-界面形貌，其中(a)表面形貌，(b)界面形貌。
圖3為S355電弧噴涂鋁涂層和陽(yáng)極氧化膜表面XRD分析示意圖，其中(a)電弧噴涂鋁后，(b)陽(yáng)極氧化處理后。
圖4為封孔后表面-界面形貌；其中(a)表面形貌(b)界面形貌。
[0010]圖5鹽霧腐蝕后表面形貌，其中(a) S355表面腐蝕形貌，(b)噴鋁處理后表面腐蝕形貌，(C)復(fù)合工藝后表面腐蝕形貌。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0012]本發(fā)明是利用復(fù)合工藝在海洋平臺(tái)用鋼S355表面生成保護(hù)膜層的方法，該發(fā)明過(guò)程包括下面具體步驟:
第一步:前期處理
首先用有機(jī)溶劑清洗S355表面，除去表面的油脂與污潰；然后采用噴砂除銹的方法除去S355表面的銹蝕產(chǎn)物，處理后得到清潔度Sa3級(jí)和粗糙度Rz40~100 μ m的表面。
[0013]第二步:電弧噴涂
噴涂用的線狀鋁絲，其純度>99.5%，直徑規(guī)格2mm。電弧噴涂的工藝參數(shù)為:電弧電壓控制在(20~30) V，電流控制在(200~300) A，壓縮空氣壓力保持在(0.6~0.7)MPa，電弧噴涂時(shí)噴槍與鋼基體表面角度控制在60~90°，距離保持在(200~250)mm，噴槍均勻移動(dòng)速度(350~400)mm/s，鋁絲的輸送速度為(3~4)m/min，在S355表面電弧生成噴鋁層，其表面-界面形貌如圖1所示，可見(jiàn)噴鋁層表面和界面上存在著孔洞等缺陷，這影響了其耐腐蝕性能。
[0014]第三步:陽(yáng)極氧化處理
對(duì)S355表面電弧生成的噴鋁層進(jìn)行表面打磨和拋光處理后，再進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理。陽(yáng)極氧化工藝參數(shù)為:硫酸濃度:160g/L，鋁離子濃度:(5-10) g/L，其余為水；溫度:20°C，氧化電壓:(18~20) V，電流密度:1.5A/dm2，攪拌方式:壓縮空氣，時(shí)間:45min，處理后生成多孔型Al2O3氧化膜，氧化膜表面和界面上存在著明顯的孔洞，如圖2所示。
[0015]電弧噴涂鋁涂層主要由Al的固溶體相組成，如圖3(a)所示；經(jīng)陽(yáng)極氧化處理后的氧化膜是由Al2O3和Al相組成，如圖3 (b)所不。
[0016]第四步:封閉處理
封閉處理的具體工藝為:將40g氧化鋁粉、40g氧化硅粉與IOg硅酸鈉粘結(jié)劑預(yù)先混合，然后加入30ml去離子水球磨混合成涂料，用涂刷的方法涂敷到氧化膜表面，然后自然干燥。封閉處理后氧化膜表面比較致密，界面上的孔洞也封閉，如圖4所示，可以進(jìn)一步提高氧化膜的耐腐蝕性能。
[0017]第五步:鹽霧試驗(yàn)
對(duì)試樣進(jìn)行鹽霧腐蝕試驗(yàn)，鹽霧腐蝕試驗(yàn)按照GB 6458-86 ( NSS實(shí)驗(yàn))進(jìn)行，試驗(yàn)條件:(5±0.5)% NaCl溶液連續(xù)鹽霧，pH范圍為6.5-7.2，箱體溫度控制在(35±1) °C，試驗(yàn)設(shè)備為YQW-250型鹽霧腐蝕試驗(yàn)箱。經(jīng)24h鹽霧腐蝕后表面形貌如圖5所示，原始狀態(tài)的S355表面腐蝕最為嚴(yán)重，出現(xiàn)大面積的腐蝕坑，如圖5(a)所示；電弧噴涂處理后噴鋁層表面發(fā)生了輕微的腐蝕，出現(xiàn)了少許的較小的腐蝕坑和剝落現(xiàn)象，如圖5(b)所示；經(jīng)復(fù)合工藝處理后氧化膜表面幾乎沒(méi)有發(fā)生腐蝕，如圖5(c)所示，其耐腐蝕性能最好。
【權(quán)利要求】
1.一種海洋平臺(tái)用鋼表面改性處理的方法，以海洋平臺(tái)用鋼S355作為底材，其特征在于:首先對(duì)S355進(jìn)行表面凈化處理、噴砂除銹和表面粗糙處理；其次以電弧作為熱源，工業(yè)純鋁作為噴涂材料，利用電弧的高能量把鋁加熱成熔融狀態(tài)與底材里的鐵元素相互滲透，形成冶金結(jié)合；接下來(lái)對(duì)形成的噴鋁層進(jìn)行表面拋光處理后，利用陽(yáng)極氧化法在噴鋁層表面生成Al2O3氧化膜；最后利用陶瓷涂層涂料對(duì)Al2O3氧化膜進(jìn)行封孔處理，其工藝為:將氧化鋁粉、氧化硅粉與硅酸鈉粘結(jié)劑按質(zhì)量比4:4:1預(yù)先混合得到混合料，混合料與去離子水球磨混合成涂料，涂刷到氧化膜表面，然后自然干燥；該復(fù)合工藝可以用較小的能耗獲得更加致密、孔隙率更低的保護(hù)層，極大地提高了底材S355的耐腐蝕性能。
2.如權(quán)利要求1所述的一種海洋平臺(tái)用鋼表面改性處理的方法，其特征在于:所述的對(duì)S355進(jìn)行表面凈化處理、噴砂除銹和表面粗糙處理，確保S355清潔度達(dá)Sa3級(jí)和粗糙度達(dá) Rz40 ~100 μ m。
3.如權(quán)利要求1所述的一種海洋平臺(tái)用鋼表面改性處理的方法，其特征在于:所述的混合料與去離子水的質(zhì)量比為3:1。
4.如權(quán)利要求1所述的一種海洋平臺(tái)用鋼表面改性處理的方法，其特征在于，所述的以電弧作為熱源，工業(yè)純鋁作為噴涂材料，利用電弧的高能量把鋁加熱成熔融狀態(tài)與底材里的鐵元素相互滲透，形成冶金結(jié)合指:噴涂用的線狀鋁絲，其純度>99.5%，直徑規(guī)格2mm ο
5.電弧噴涂的工藝參數(shù)為:電弧電壓控制在(20~30)V，電流控制在(200~300) A，壓縮空氣壓力保持在(0.6~0.7) MPa,電弧噴涂時(shí)噴槍與鋼基體表面角度控制在60~90°，距離保持在(200~250) mm，噴槍均勻移動(dòng)速度(350~400) mm/s，鋁絲的輸送速度為(3~4)m/min,在S355表面電弧生成噴鋁層。
6.如權(quán)利要求1所述的一種海洋平臺(tái)用鋼表面改性處理的方法，其特征在于，所述的利用陽(yáng)極氧化法在噴鋁層表面生成Al2O3氧化膜指:陽(yáng)極氧化工藝參數(shù)為:硫酸濃度:160g/L，鋁離子濃度:(5-10) g/L，其余為水；溫度:20°C，氧化電壓:(18~20) V，電流密度:1.5A/dm2,攪拌方式:壓縮空氣，時(shí)間:45min,處理后生成多孔型Al2O3氧化膜。
【文檔編號(hào)】C25D11/18GK104018108SQ201410291642
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】孔德軍, 王進(jìn)春, 王文昌, 劉浩, 郭衛(wèi), 郭皓元, 謝春洋 申請(qǐng)人:常州大學(xué)