[发明专利]用于生成防腐蚀金属涂层的粉芯丝材及其制备方法、施涂方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于生成防腐蚀金属涂层的粉芯丝材及其制备方法、施涂方法。

背景技术

腐蚀是指由于材料与环境反应而引起的破坏或变质。金属的腐蚀是一个热力学自发的过程，且非常普遍，比如钢铁材料在多种自然环境和工业环境下都易于产生腐蚀。金属的腐蚀原理有多种，其中电化学腐蚀是最为广泛的一种。以钢铁为例，工业用钢铁实际上是合金，即除铁之外还含有石墨、渗碳体及其杂质，它们大多数没有铁活泼。当钢铁被置于水溶液或潮湿大气中时，其表面会形成腐蚀微电池，其中较活泼的铁成为阳极，石墨、渗碳体及其杂质则成为阴极。腐蚀微电池的阳极上发生氧化反应，使钢铁发生溶解，Fe=Fe²⁺+2e^-；阴极上则发生还原反应，即吸氧腐蚀：2H₂O+O₂+4e^-=4OH^-。由于铁与杂质紧密接触，使得上述腐蚀不断进行。这是钢铁在中性环境中发生腐蚀的最基本的原理，如果是在酸性环境下，则阴极上发生的还原反应为析氢腐蚀：2H⁺+2e^-=H₂。

在含有硫化氢的环境中，金属腐蚀机理更为复杂一些，除了常见的电化学腐蚀以外，还观察到应力腐蚀开裂现象。湿硫化氢环境下的应力腐蚀开裂，是指水相或含水物质在露点以下形成的水相与硫化氢共存时，金属在介质与外方(含内部组织应力及残余应力)协同作用下所发生的开裂。根据《HG20581钢制化工容器材料选用规定》，同时符合以下各项条件时即为湿硫化氢应力腐蚀环境：(1)温度小于等于(60+2P)℃，其中P为压力MPa(表压)；(2)硫化氢分压大于等于0.00035MPa；(3)介质中含有液相水或处于露点温度以下；(4)pH值小于9或介质中有氰化物存在。一般认为，湿硫化氢腐蚀引起的开裂主要有4种形式：氢鼓泡(HB)、氢致开裂(HIC)、应力导向氢致开裂(SOHIC)、硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)。

液化石油气球罐、轻烃球罐、天然气球罐是石油天然气行业常用的设备。这些气体球罐在一般情况下都不可避免地含有一定量的硫化氢气体，因而在球罐内部形成了可以发生湿硫化氢应力腐蚀的环境。国外关于硫化氢含量对服役球罐损伤的分布统计为：硫化氢含量大于100ppm的球罐内壁发生裂纹的比率超过73.5％，硫化氢含量在50ppm和100ppm之间的球罐内壁发生裂纹的比率超过26.5％。应当指出的是，硫化氢含量低于50ppm，仅能作为一个经验数据或者是目前应当高度重视的一个数据，大量的腐蚀调查表明，尚不能完全确定防止应力腐蚀开裂的硫化氢含量的安全下限；国外有资料报道，对于硫化氢含量小于50ppm的水相工艺环境中的压力容器也还有发现17％的开裂率。

由此可见，硫化物应力腐蚀开裂已经成为液化石油气(LPG)球罐以及其它轻烃球罐普遍存在的威胁。LPG球罐在使用时，因储存介质环境所造成的腐蚀破坏是经常发生的，会产生腐蚀坑、沟糟甚至腐蚀裂纹，使钢材的力学性能劣化，导致球罐失效。LPG球罐由于储存介质具有易燃、易爆等特点，一旦发生事故其后果十分严重。

有机涂层或者耐蚀金属材料可用于控制硫化氢环境下的球罐腐蚀，其中有机涂层虽然有 一定的保护效果，但其使用寿命较短，一般不超过1-2年，采用耐蚀金属材料球罐或者耐蚀金属材料内衬里的球罐对于硫化氢应力腐蚀开裂具有良好的保护效果，但是由于成本过高，至今没有工业应用的先例。

金属涂层是一种重要的腐蚀控制手段，应用喷涂技术喷涂金属涂层能够有效地防止硫化氢应力腐蚀开裂，兼具良好的保护效果和经济性的优点。金属涂层可分为阴极性涂层和阳极性涂层，其防止腐蚀的原理为：(1)对于阴极性金属涂层，由于其耐腐蚀性优于金属基体，因而起到了将腐蚀环境与金属基体隔离的作用；(2)对于阳极性金属涂层，其一方面起到了将腐蚀环境与金属基体隔离的作用，另一方面由于涂层是阳极性的，先于金属基体腐蚀，因而起到了牺牲阳极性质的保护作用；(3)无论阴极性涂层还是阳极性涂层，都可以进行封闭处理，即在金属涂层表面再涂覆一层或多层有机涂层提供额外的保护，尤其是可以对金属涂层的孔隙缺陷处提供保护。