[发明专利]一种海洋钻井平台耐腐涂层制备方法

说明书

本发明涉及一种海洋钻井平台防腐涂层的制备方法，属于高熵合金耐腐涂层制备的技术领域。该方法采用双进料口喷嘴空气动力喷涂技术将Al‑Cr‑Fe‑Mn‑Ni五组元高熵合金粉末喷涂到海洋钻井平台钢结构基体上，同时加入阴极保护金属Zn粉，从而获得成分稳定、耐腐蚀性优良的涂层。结果表明，双进料口喷嘴空气动力喷涂技术是一种制备Al‑Cr‑Fe‑Mn‑Ni五组元高熵合金耐腐涂层的有效方法，较现有的海洋防腐涂层相比不仅具有涂层厚度大、致密、耐腐蚀性强等特点。

技术领域

本发明涉及一种使用与海洋钻井平台的耐腐涂层的制备方法。

背景技术

海洋钻井平台中的钢结构，长期处于海洋盐雾、海水电离、化学物质的腐蚀环境中。传统的耐腐涂层多为环氧涂料，但是存在附着力、耐海水腐蚀、耐阴极剥落性差，因此，海洋平台每不到一年到两年就需要修理，或者重新涂装，不仅维修费用巨大，而且影响海洋平台的使用。

高熵合金作为一种多组元合金，运用了4种元素以上的等摩尔质量比的设计思想，具有较高混乱程度和超高玻璃化形成能力，因而具有高强度、高硬度，高耐磨性，高耐温性和高耐腐蚀等良好的特性。尤其在耐腐蚀性能方面大大优于不锈钢等钢材。近年来，高熵合金涂层制备方法有激光溶覆、电化学沉积和磁控溅射等几种，这些方法各有优缺点。其中电化学沉积方法形成速度较慢，且受到工件尺寸的限制，适合制备小厚度的涂层；磁控溅射方法制备涂层的效率虽然高，但受设备限制，生产成本较高；激光溶覆方法是近几年来发展起来的新技术，它是通过较高温度热源及较大的过空气动力度将高熵合金粉末溶覆到基体表面，以获得一定厚度及所需性能的高熵合金涂层。这种工艺已相对广泛，但其使用仍然受到局限。由于高熵合金组元的多样性，以及在激光加热过程中的极高过空气动力度影响，导致涂层和基体之间温度梯度过大，在涂层或过度区产生较大热应力，导致裂纹的产生。另外，溶覆过程中产生较多气孔，激光烧结时基体与涂层的结合强度不足，同时从组织形态上来说，激光溶覆组织是一种快速凝固的铸态组织，存在着晶界偏析现象，这些因素会最终影响制备材料的使用性能。

另外，在进料方面，传统的为单进料口，同时气体加热在喷嘴前段，这就使得热量在到达喷嘴时大的降低，使得粉末的加热效果大大折扣。

空气动力喷涂是一种压缩空气驱动金属粒子使得在完全固态下以极高的速度抨击基材，通过这种剧烈碰撞产生塑性变形而沉积形成涂层的一种新型的喷涂技术。它的优点在于可以消除热喷涂的热应力变形、氧化、晶粒粗大等影响。

然而运用空气动力喷涂技术将高熵合金涂层制备在海洋钻井平台等表面提高耐腐性能的做法还未有报道。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种新型的海洋钻井平台防腐涂层的制备方法，运用以Al-Cr-Fe-Mn-Ni五组元高熵合金粉末与Zn粉7：1混合的粉末为原料，通过双进料孔喷嘴及空气动力喷涂技术在海洋钻井平台钢材基体上制备防腐涂层。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种海洋钻井平台防腐涂层的制备方法，该方法是以Al-Cr-Fe-Mn-Ni五组元高熵合金粉末与Zn粉7：1（质量比）混合的粉末为原料，通过双进料口喷嘴及空气动力喷涂技术在海洋钻井平台钢材基体上制备防腐涂层。

所述空气动力喷涂技术制备耐腐涂层的过程中，通过双进料喷嘴，Al-Cr-Fe-Mn-Ni五组元高熵合金粉末与Zn粉末分别从两个进料口，经过加热器加热，使得粉末温度达到300-400℃，喷涂的动力由空气压缩机提供，压力为3-5Mpa，喷涂距离为3-5cm。

所述的Al-Cr-Fe-Mn-Ni五组元高熵合金粉末化学成分配比为等摩尔比1：1：1：1：1。可以避免粉末元素之间形成金属间化合物，这些化合物都是脆性物质，对于防腐，硬度提高都是不好的。同时等摩尔比的设计思想，可以使得五种元素形成高熵固溶体，这种固溶体对于防腐是非常有帮助的。因为高熵固溶体是个非常稳定的结构，不易和其他腐蚀液体发生反应。