[发明专利]在金属基底上生成防腐蚀涂层的溶胶-凝胶方法

说明书

本发明涉及一种在金属基底(10)上生成由至少一层(31,32)氧化物组成的防腐蚀涂层的溶胶‑凝胶方法。准备(S1)氧化物前体的非水溶液(1)并且至少在金属基底的一个表面(11)上沉淀(S2)该非水溶液，以至少部分地用包含氧化物前体的薄膜(20)覆盖所述表面。通过将薄膜暴露在潮湿大气中以实施(S3)氧化物前体的水解缩合反应，从而在薄膜中形成氧化物网络。然后，在基底表面上对薄膜实施(S4)稳定化处理，随后对金属基底表面实施热处理(S5)，以使氧化物网络结晶并形成防腐蚀涂层。

技术领域

本发明涉及金属基底防腐蚀保护领域。例如，本发明可用于在核电站的一次流体回路或二次流体回路中生成防腐蚀涂层，或者用于航空工程领域或海岸设施保护领域，诸如海洋水流涡轮机或风力涡轮机。更广泛地说，本发明涉及需要保护金属或金属合金免受常规腐蚀、点状腐蚀或应力腐蚀的任意领域。

背景技术

保护金属基底免受腐蚀牵涉到许多领域。它可涉及建筑、土木工程、运输等行业，且可影响诸如热电厂或核电站等工业设施。

在核工业中，一次热回路、二次热回路和三次热回路受到在这些回路中循环的流体的腐蚀。形成这些回路的材料通常是用于反应堆容器和管道涂层的不锈钢合金，或者是用于蒸汽发生器的镍基合金。尽管它们具有良好的耐腐蚀性，但一次回路需要最佳的抗腐蚀能力。实际上，腐蚀产物在中子通量下可以被激活，在回路中重新沉积并增加装置中的放射性风险。三次回路外露在环境中，可产生不希望的污染。该回路中由黄铜材质制成的冷凝器的腐蚀，例如，可能会引起铜意外放电。使用不锈钢来代替黄铜，可能会对病原微生物的发展产生影响。

这些装置的不锈钢合金，通常由在金属基底的表面上形成保护膜的钝化氧化膜给予保护。但是，当环境的化学性变化时，该薄膜会不稳定，并导致基底出现大范围或局部腐蚀。随后，点状腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀或应力腐蚀会导致基材中裂缝扩大。

目前，人们已经提出通过添加诸如铬、钼、钛、铝或硅等薄膜形成元素来稳定钝化膜。但是，这种溶液昂贵且改变材料的冶金结构和机械性能。

另一种方案在于控制腐蚀介质的化学性质，以防止钝化膜的降解。但是，这种方案不实用且操作限制较高。

人们还提出了使用沉积在金属基底上的外部涂层来保护其免受腐蚀。

因此，可以使用与接枝有机基团结合的氧化物纳米颗粒例如：Al₂O₃、TiO₂、SiO₂或粘土的混合有机-无机涂层。但是，这种方案具有对温度敏感的缺点，不能在电站中使用，因为温度超过200℃会降低有机化合物的性能。

还可以使用逐渐将腐蚀抑制剂释放到环境中的涂层。但是，这种方案具有改变基底周围化学性质的缺点，并不总是符合工业限制，尤其是热或核装置中的限制。

另一种可能性在于在金属基底上生成氧化物纳米薄膜形式的涂层，这种涂层在腐蚀环境中化学性稳定，其能够耐受工业设置中的温度，例如TiO₂, ZrO₂, Al₂O₃, CeO₂纳米薄膜。

文献FR1362541提出了一种通过金属氧化物薄膜的沉淀来处理金属基底的溶胶-凝胶方法。使用溶胶-凝胶方法，也称作“溶胶-凝胶”法，具有能够与大尺寸基底一起使用的优点。此外，其在低温下实施，实施价格便宜，且允许生成厚度通常在10和100纳米之间且具有受控组成部分的薄膜。