[发明专利]一种LNG开架式气化器锌合金材料涂层

说明书

技术领域

本发明属于气化器涂层用材料技术领域，尤其涉及一种LNG开架式气化器锌合金材料涂层。

背景技术

天然气是优质、高效、洁净的能源，在世界能源消费结构中，的比重已从1950年的10％迅速提高到目前的24％，成为世界第三大能源。在实际应用中，液态天然气（LNG，Liquefied Natural Gas）是主要的储存、运送形式，在使用前，LNG必须经过气化器气化以后，最后变成常温天然气，以气体状态通过管道输送到用户。因此，LNG气化器是整个LNG供应流程中的关键设备。目前，通常采用的是超级开架式气化器，开架式采用天然海水为加热介质，具有来源直接、资源丰富、操作成本低廉，相对其它形式的气化器具有较低的建造和运营成本，相对空温式气化器又具有较高和较稳定的加热能源，同时还具有较高的换热效率和较长的结构使用寿命。

目前，LNG开架式气化器的主要构件采用导热好的铝合金制造。由于耐腐蚀性能较差，铝合金暴露于海洋环境中时，极易发生点蚀、盐雾腐蚀等。因此，LNG汽化器关键铝合金结构件必须进行防腐处理，如表面涂层涂覆等，保证汽化器设备的安全、稳定、高效运行。

目前海洋环境下铝合金结构件广泛使用Zn-Al涂层，该涂层的制备一般以Zn-Al合金丝为原材料，通过热喷涂方法制备。涂层中Zn元素作为基体，起到牺牲阳极的作用；Al元素在腐蚀过程中可以形成致密的Al₂O₃保护膜，使得合金涂层不至于因腐蚀过快而失效。当Zn-Al合金涂层中Al含量较低（＜10wt%）时，涂层在高湿、高盐雾、冲刷等恶劣条件下，其耐蚀性能急剧降低，服役寿命明显缩短；当Zn-Al合金中Al含量较高时，合金的塑性降低明显，难以通过拉拔制备出合格的热喷涂用丝材。目前，LNG开架式气化器表面主要采用低Al含量Zn-Al涂层防护，两到三年就需要进行涂层维护，修复腐蚀严重部位。

Cu是Zn合金中的常用合金元素之一，少量Cu的加入可以明显改善Zn基合金的强度与塑性，例如Zn-0.1Ti合金中加入少量Cu后，其强度由150MPa提高到220MPa，延伸率由35%提高到70%。强度的提高有利于提高涂层在冲刷环境下的耐腐蚀性能，延伸率的提高使得合金能够更容易的拉制成各种规格的喷涂用丝材。此外，Cu元素在天然海水中的腐蚀电位较高，可以有效提高Zn-Al合金的腐蚀电位，还可以促进Al的钝化，稳定涂层的Al₂O₃保护膜，提高涂层的耐腐蚀性。

Y作为常用合金化稀土元素，加入到Zn合金基体中可形成Y₂O₃颗粒，能够提高材料的强度、硬度，从而提高涂层的耐冲刷腐蚀性能；Y₂O₃颗粒的存在可以细化合金铸锭的晶粒，热喷涂用丝材更容易制备成型；此外Y的添加稳定涂层的Al₂O₃保护膜，对提高涂层的耐全浸腐蚀、耐冲刷腐蚀性能均有明显效果。

因此，对Zn-A1-Cu-Y合金进行深入研究，开发出牺牲阳极涂层用新型合金，对提高涂层的服役寿命具有重要的意义。

国内外目前还没有LNG开架式气化器涂层用Zn-Al-Cu-Y系材料的相关专利或公开发表资料。中国专利CN1932428A公开了一种Al-(Zn+Mn)-Mg合金作为气化器涂层材料，所述铝合金涂层包含0.3值3.0质量%的Zn和/或Mn并限制（Zn+Mn）的含量为0.3至3.0质量%，以及包含0.3至5质量%的Mg；中国专利CN 2012152913 U公开了一种开架式气化器用Al-Zn合金涂层，Zn的质量百分比为2%~15%。欧洲专利EP 1762639A1公开了Al-(Zn+Mn)-Mg系气化器涂层，所述铝合金涂层包含0.3值3.0质量%的Zn和/或Mn并限制（Zn+Mn）的含量为0.3至3.0质量%，以及包含0.3至5质量%的Mg。以上专利的保护内容与本发明内容均不冲突。

发明内容

本发明的目的是针对LNG开架式气化器防腐需求，设计一种天然海水中腐蚀电位低于铝合金基体的长效牺牲阳极涂层用Zn-Al-Cu-Y合金，制备出防腐蚀涂层并进行系统的测试，为LNG开架式气化器腐蚀防护提供材料支撑。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种LNG开架式气化器锌合金材料涂层，所述涂层是由锌合金材料组成，所述锌合金材料化学成分范围是：Al 5.3~35.4 wt %，Cu 0~6.2wt%、 Y 0~5.1wt%、余量为Zn。