金属表面改性方法

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1、电弧喷涂NiCrMo涂层耐蚀性能研究摘要 研制镍基抗蚀热喷涂粉芯线材，并应用电弧喷涂的方法制备抗氯离子 或强碱腐蚀的NicrMo涂层，将其与母材Q235钢的性能进行比较。 通过热氧化和涂盐热腐蚀试验对NiCrMo涂层的高温氧化性能和热腐 蚀性能进行评价。结果表明，钼的含量影响涂层的抗热氧化性能和抗 热腐蚀性能，在镍铬含量一定，钼含量达到8、稀土含量为 15 时，镍铬钼涂层在高温下具有更优的抗热氧化性能；钼含量为6和 4、稀土含量为 15时，涂层具有良好的抗高温热腐蚀性能、抗 氯离子和强碱腐蚀的能力。关键词：电弧喷涂；镍基涂层；耐腐蚀Study on corrosion resistance o

2、f NiCrMo coating prepared by arcsprayingABSTRACTDevelopment of Ni base corrosion resistant thermal spraying cored wires, NicrMo coating method and application of arc spraying anti chloride ion and alkali corrosion, and the parent material properties of Q235 steel were compared. Was evaluated by ther

3、mal oxidation and hot salt corrosion test of NiCrMo coating on the high temperature oxidation resistance and hot corrosion resistance. Results show that the effect of the content of molybdenum coating thermal oxidation resistance and hot corrosion resistance of Ni Cr content, the content of rare ear

4、th, 8%, the content of Mo reaches 1.5%, Ni Cr Mo coating has more excellent thermal oxidation resistance at high temperature; molybdenum content of 6% and 4%, the rare earth content is 1.5%, the ability of coating has good resistance to high temperature corrosion resistance and chloride and alkali c

5、orrosion.Key words: electric arc spraying; coating; corrosion resistance一、前言 石油及化工设备零件时常受到腐蚀破坏，如各种化工设备和管道经常 与酸、碱液接触，受到强烈的腐蚀作用。为了控制腐蚀，开发了许多 新的耐蚀材料和防腐蚀技术。如在一些腐蚀严重的部分换成更为耐蚀 的不锈钢材料；采用脱盐、注水、注氨、注缓蚀剂的“一脱三注”工 艺；采用材料表面改性防腐蚀技术：碳钢和低合金结构钢表面渗铝技 术，电镀、化学镀技术，金属涂层技术等。金属涂层技术中以热喷涂 技术发展较快，因为其制备涂层工艺稳定、操作简单，便于大面积施 工。而热喷涂

6、技术中，电弧喷涂技术具有成本低、涂层质量高、灵活 性好、设备简单等优点，使其更符合实际石化设备喷涂的要求，因此 在越来越多地石化设备防护中采用电弧喷涂技术。美国热喷涂技术走在世界前列。美国美科公司首先采用的喷涂材料主 要是铝铁合金等，随后又相继推出了镍基粉末 METCO444，CE2148 高铬复合粉、CE2185铁铬基复合粉末等喷涂材料；美国TAFA公司推 出的电弧喷涂45CT涂层；美国新近推出的Cr3C： 75% NiCr25%保 护涂层材料，专用于高温冲蚀严重的部位。欧洲的一些国家也在这 方面进行了大量研究工作。英国研制开发了 Fe27Cr6A1和NiSOCrSO 喷涂材料，瑞士卡斯特林

7、一厄特蒂公司采用的50 / 50NiCr都具有良 好的耐高温抗腐蚀磨损的性能b。但是这些镍基热喷涂层和镍基合金 都使用于高温工况条件下，却不适用于石油化工中对酸碱腐蚀的防护 镍铬合金中加入钼元素可以提高涂层的抗酸碱腐蚀性能，尤其是抗 氯离子腐蚀性能。目前国内在镍铬钼合金腐蚀防护方面的研究还很少 因此，本文对自行研制的 NiCrMo 涂层的抗热氧化性能、抗高温热腐 蚀性能，以及耐酸、碱腐蚀性能进行了研究，为这种涂层在实际工况 中的应用提供试验数据和理论依据。二、实验部分2.1 实验原理 电弧喷涂是利用燃烧于两根连续送进的金属丝之间的电弧来熔化金 属，用高速气流把熔化的金属雾化，并对雾化的金属粒子

8、加速使它们 喷向工件形成涂层的技术。电弧喷涂是钢结构防腐蚀、耐磨损和机械 零件维修等实际应用工程中最普遍使用的一种热喷涂方法。电弧喷涂 系统一般是由喷涂专用电源、控制装置、电弧喷枪、送丝机及压缩空 气供给系统等组成。2.2 实验装置2.3 实验材料轧制粉芯线材所采用的带材规格为10 rainXO. 4 rain的镍带 (Ni+Co99.5),轧制直径为2. Omm。镍基粉芯线材加粉系数为32% , 将Cr的含量固定为22.5%,加入少量的稀土，调整Mo在粉芯线 材中的含量。镍基粉芯线材配方的设计组成如表 1。表1 Ni 基粉芯线材的组成(% ，质量分数)Table 1 Composition

9、of Ni-based coatings样品CrMo稀土Ni122.541.5余量222.561.5余量322.580余量422.581.0余量522.581.5余量2.4 试样制备试件基体材质为Q235钢，尺寸为25 mmX 16 mmX5 mm。喷涂前试 样表面用汽油或丙酮清洗，然后用棕刚玉喷砂粗化。试验采用JZY 250型电弧喷涂设备制备涂层，其工艺参数为：电弧电压28 30 V，工 作电流180200 A,压缩空气压力0. 4 0. 6 MPa，喷涂距离150 200 mm。2.5 实验方法热氧化试验分别在700，800r两种温度下进行。采用增重法来定量 地反映试样的氧化速率。总氧化时

10、间为100 h,每隔8 h取出试样进 行一次称重。涂盐腐蚀试验对试件进行六面喷涂，在表面涂覆 Na2SO +K2SO 摩尔浓度比为 7： 3 的饱和水溶液，烘干，取出称重，放置在 750C的箱式电阻炉内加热，保温6 h，取出冷却称重，再涂盐如此不 断循环进行试验。用 Q235 钢作为对比试样。用坩埚来承载试件。采 用增重法定量地评价涂层的腐蚀速率。浸泡试验，将试样完全浸泡在 10%NaOH溶液中，30 d后取出观察。盐雾试验，按照国标GB10125 88,在上海仪器设备有限公司出产的FQY015盐雾试验箱内进行人 造气氛中的腐蚀试验一盐雾试验。试验条件：盐水浓度NaC1(505) gL，盐雾箱

11、内温度为(352)C，盐雾沉降率0.016250.0212 ml h cm，喷雾方式为每6 h为一周期的连续喷雾。三、结果分析抗热氧化性能700C 热氧化动力学曲线由图1可知， 2 ， 4 ， 5 在前8 h 内的氧化 速率较大，随后 4 ，5 氧化速率有所降低，趋于平缓，而2 氧化速 率却呈直线上升的趋势。1 , 3的氧化速率在前36 h变化不明显， 36 h 后也呈直线上升趋势 说明 4 ， 5 具有较好的抗热氧化性能。800C热氧化动力学曲线如图2所示，2 , 3 , 4 , 5依然保持了比 较平稳的氧化速率。 1 的曲线相对较陡，但只是总增重量略高于其他 涂层。如图1和2所示，Q235

12、钢热氧化动力学曲线相对其他涂层的 热氧化动力学曲线呈明显的直线规律。分析Q235钢在700, 800C热 氧化动力学曲线，Q235钢表面生成的氧化膜已不能起到抑制氧化过 程的作用，其氧化速度接近常数，试样表面发生氧化皮形成一剥落一 形成的循环过程，造成氧化过程不断地进行下去。由图1， 2分析， 在两个试验温度下，试样 4 ， 5 都具有较低的氧化增重量，氧化速 度也相对低于其它试样。也就是当钼含量达到8时，涂层具有很好 的抗高温热氧化性能。而试样 4 的氧化增重值均要高于试样5 。根 据试样4的氧化动力学曲线的形状，以Aw=at （其中AW代表试样增 重量，t代表氧化时间）为数学模型对上述氧化

13、动力学曲线进行非线性 拟合。得到试样 4 在两个实验温度下氧化动力学曲线的数学表达式 分别为： =0. 76t和厶W=0. 13t。可以看出，这两条氧化动力学 曲线分别接近于四方和抛物线规律，表明 NiCrMo 合金涂层在高温下 生成的氧化物对氧化过程的进行起到了抑制作用。对上述表达式进行 求导可以求出试样4 在两个实验温度下的氧化速度 。其表达式分别 为：v =0.22t和v =0.1t-0.26同样得到试样5在两个实验温度下氧化动 力学曲线数学表达式分别为：W=0.96t和厶W=0.3t对上述表达式进 行求导可以求出试样 5 在两个实验温度下的氧化速度 。其表达式分 别为:v=0.16t和

14、v=0.16t-0.46。由氧化速度表达式表明，随着氧化时间 的延长，试样 4 ，5 的氧化速度将逐渐降低，即氧化过程逐步受到 抑制。此结果还表明，在同一实验温度下，试样5 的氧化速度均低 于试样4 的氧化速度，即含稀土量为 15 的镍铬钼合金涂层在高 温下具有更优的抗氧化性能。原因在于，涂层中铬含量在15 一 30 时， NiCr 合金在氧化气氛下， NiO 是主要的氧化产物，在其下可形 成CrzO （在NiO的分解压下）J。而涂层中又含有少量的稀土，稀土生 成氧化物钉扎，使氧化物与基底结合牢固，改善了表面生成的氧化膜 的粘附性。另一方面，在氧化过程中，晶界是物质粒子的快速扩散通 道，金属阳

15、离子将优先从晶界向外扩散形成氧化膜。未加稀土的合金 由于其阳离子向外扩散，形成易剥落的多孔性氧化膜。而添加稀土的 合金，由于稀土富集在晶界处阻塞了阳离子Cr向外扩散的 快速通道，使得阴离子 0 一向内扩散占主导地位，生成致密并与涂 层本体有很强粘附力的保护性氧化膜，使得氧化的速率降低，大大提 高了合金抗氧化能力。图2 800 t热氧化动力学曲线2 Oxidation kinetics curves of sample at 800 iC图1700 X热氧化动力学曲线1 Oxidation kinetics curves of sample at 700 t四、结 论 1针对石油化工的实际工况，研制了镍基耐蚀电弧喷涂用粉芯线材， 用镍带作外皮的粉芯线材轧制工艺性能良好，喷涂工艺稳定性好。2. 700和800C的热氧化试验表明，钼的含量影响涂层的抗热氧化性 能。当钼含量达到8并含适量稀土时，涂层表现出了很好的抗热氧 化性能。3. 750 oC的热腐蚀试验表明：钼含量在4%和6%的时候，涂层具有 良好的抗高温热腐蚀性能。4. 10%NaOH 浸泡试验和盐雾试验结果表明，涂层具有一定的抗氯 离子和强碱腐蚀的能力。钼含量在4%和