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纳米陶瓷涂层:最强金属防腐蚀涂层
2017年08月11日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:4996
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一、引言

世界每年因金属腐蚀造成的直接经济损失约万亿美元,我国每年因金属腐蚀造成的直接损失高达数千亿人民币,在一些工业发达国家金属腐蚀的损失甚至占到了年国民生产总值的5%以上,大于各种自然灾害造成经济损失的总和。

 

金属腐蚀是一个重大的经济问题,其主要害处,不仅在于金属本身的损失,更严重的是金属制品结构损坏所造成的损失比金属本身要大到无法估量。


输油管腐蚀屡成 "火药桶"

 

几个金属腐蚀事故案例:

 

1、东黄输油管道泄露爆炸

2013年11月22,青岛东黄输油管道泄露爆炸,造成62人遇难,136人受伤,直接经济损失7.5亿元。事故调查结果显示:管道破裂直接原因为“输油管道与与排水暗渠交汇处管道腐蚀减薄,引起管道破裂,进而引发爆炸”。

 

2、台湾高雄燃气爆炸

2014年8月台湾高雄发生燃气爆炸事故,导致22人遇难、270人受伤,事故原因是“管道老旧造成接缝泄露,或是雨水等造成的管道腐蚀,从而造成燃气泄露、引起爆炸”

 

3、四川宜宾南门大桥断裂

2001年11月,于1990年7月建成通车的四川宜宾南门大桥断裂,仅10年桥梁。经四川省一些桥梁专家和工程设计人员在桥梁的断裂处进行了现场勘查,发现坍塌断裂之处露出一层薄薄的钢筋网,悬吊的承重钢管中露出了锈迹斑斑的钢缆。承重钢缆有一部分生了锈,影响了承重能力。(腐蚀!)

 

4、上海管帽腐蚀脱落引液氨泄露

2013年8月31号上海市宝山区的翁牌冷藏实业有限公司发生液氨泄露事故,造成15人死亡、25人受伤。该事故的直接原因是液氨管路螺帽脱落引起液氨泄露。究其根本在于管道末端使用螺帽未能符合抵抗氨气腐蚀的安全级别。

 

腐蚀是一种悄悄进行的的破坏!

 

二、金属防腐涂层的类型

其实因金属腐蚀而造成的损失都可以通过一些合适的防腐手段加以避免或者减缓。

 

因此,在讲金属防腐涂层之前,先为大家带出防止金属腐蚀的方法主要有4种:①提高金属材料的耐蚀性。在制造金属零件的过程中,添加不易与周围介质发生反应的耐腐蚀材料,如铬、镍等or改变金属的金相组织;②采用涂层法防腐蚀。涂层法包括三大类:涂覆和喷涂、镀层和化学转化膜;③、处理腐蚀介质。但这种方法只能在腐蚀介质数量有限的条件下进行,对于充满空间的大气当然无法处理。④电化学保护。当金属表面有电解质存在时,用直流电改变被保护的金属电位,从而使腐蚀减缓或停止的保护法叫做电化学保护。

 

被海水腐蚀的军舰

 

每种防腐蚀方法都有不一样的特点及适用范围。本片将为大家解析金属的涂层法防腐蚀的相关知识。

 

防腐涂料,一般分为常规防腐涂料和重防腐涂料,是油漆涂料中必不可少的一种涂料。常规防腐涂料是在一般条件下,对金属等起到防腐蚀的作用,保护有色金属使用的寿命;重防腐涂料是指相对常规防腐涂料而言,能在相对苛刻腐蚀环境里应用,并具有能达到比常规防腐涂料更长保护期的一类防腐涂料。

 

按成分,防腐涂层可分为如下四大类:有机涂层,主要有石油沥青,环氧粉末,烤焦油瓷漆,烧结环氧粉末(FBE)和三层聚乙烯(三层PE)以及聚氨酯等;无机涂层,主要有搪瓷涂层、玻璃涂层和陶瓷涂层;耐蚀金属涂层(镍、铬、锌等金属防腐涂层)和复合防腐涂层。

 

其中陶瓷涂层因具有高化学稳定性、耐腐蚀、耐氧化、耐高温等特性,而的特性,在金属防护涂层方面受到了广泛的重视与研究,随着宇航、电子、军工等尖端科学技术的发展,近半个世纪以来,陶瓷涂层应用得到了持续高速的增长。

 

陶瓷涂层

陶瓷涂层是一种新型的环保型涂料,具有高硬度、低有害气体释放、抗阴极剥离能力好,耐化学腐蚀、耐腐蚀、自清洁和抗老化的特点。

 

纳米陶瓷涂层

纳米陶瓷涂层与普通陶瓷涂层相比,晶粒更加细化且分散均匀,晶界数量大幅度增加,使其硬度、韧性、耐磨性、结合强度、抗蚀性、致密度等方面有着显著的提高,不仅可以使陶瓷材料的使用寿命进一步提升可靠程度进一步提高,还可以使陶瓷涂层在更多的领域得到应用。

 

目前蚀涂层主要成分防腐有纳米氧化铝、纳米氧化锆、纳米氧化钛、纳米氧化硅的等单组份或所组分的组合。涂层需据不同的应用条件而制定。

 

三、纳米陶瓷防护涂层主要应用举例

起着软性保护的纳米涂料在防护领域有着重要的作用,目前纳米陶瓷用于腐蚀条件恶劣环境中的防腐纳米陶瓷涂料,能有效保护航标灯座、船舶、石油化工设施和各类贮罐、桥梁、桥墩、铁路涵洞、钻井设备、海上油田等设施以及强酸、强碱等生产设备的外表面,在较长时间内防止强酸碱、盐雾、冻融、霉菌等的浸渍。

 

1、用于化学热流体输送管道系统的防腐蚀

陶瓷涂层相对于其他涂层而言,最大特点就是耐高温,在一些有腐蚀的热流体输送过程中,使用纳米陶瓷涂层作为管道、阀门、储罐等做特殊防护处理,将大大增强设备的抗腐蚀能力,进而降低设备的故障率,使设备的停车维修几率大大降低,从而提高生产效率。此外,设备正常人也平安。

 

2、用于油气运输管道系统的防腐蚀

管道运输是五大运输方式之一,在世界已有一百多年的历史,至今发达国家的原油管道运输占其总输量的80%,成品油长距离运输也基本实现了管道化;天然气管道运输达95%。

 

因天然气、石油产出地地质环境的不同,引发输油,输气管道和设备腐蚀的因素有很多,如盐碱地、潮湿环境、微生物、电流等(外腐蚀),H2S,CO2S,O2H2O(内腐蚀)。其中硫化氢造成的破坏力最大。这样的破坏作用轻则会使输气管道产生漏气现象在,重则导致天然气管、油管及套管等产生断裂、爆炸等事故。因此运输管道的防腐工作不容忽视。管道的防腐通常采用防腐层与阴极保护的联合的保护方法。


我国投入运营的长输油油气管道超7万公里!

承担着我国70%的原油及99%的天然气运输。

 

防腐层是管道防腐的第一道屏障,直接关系到管道的防腐性能和运行寿命。所以加强对防腐层的研究对整个管道的腐蚀控制具有重大的意义。

 

当前,用于管道防腐的涂层主要以有机涂层为主,但由于老化变质,耐热抗寒问题,管道的使用寿命受限。而纳米陶瓷涂层具有老化、耐温、抗腐蚀等特点,可以大大的延迟管道的使用时间,目前管道陶瓷涂层较为成熟的制备方法有高温合成、热喷涂、化学反应法等较成熟的制备方法。

 

在一些条件较为恶劣的地段及一些工作条件较为恶劣,较容易出现故障的位置,采用纳米陶瓷加强腐蚀防护处理或许将能大大降低事故发生的几率。加之以石油天然气管道对涂层的阴极剥离能力的要求提高,有机涂层的抗阴极剥离能力较差,所以纳米陶瓷涂层的重要性再次显示了出来。

 

3、用于海洋条件下的设备防腐蚀

在海洋环境下,高盐高湿形成的电化学腐蚀能在极短的时间内将钢铁船变成一块废铁。海洋环境下一般需要采用阴极保护与防腐涂层结合的方法来保护船体及一些暴露在烟雾等腐蚀条件下的工件、设备或部分等。纳米陶瓷涂层抗阴极剥离能力好,可适应于海洋工作环境。

 

4、用于航天高温设备的防腐蚀

航天发动机设备长期处理高温工作条件下,金属合金涡轮叶片易受到一些砂石熔体的侵蚀,这种恶劣工作状态下,通常采用纳米陶瓷涂层能够胜任。

 

参考资料:

1、纳米陶瓷涂层的性能及应用,七二五所,武创等著。

2、管道防腐涂层新发展,后勤工程学院,李远利等著。

3、陶瓷涂层的防腐蚀性能研究,西南石油大学,吴瑞娟等著。

4、纳米陶瓷涂层的特性及研究现状,新疆大学,宋子豪等着。

5、金属管道无机防腐涂层的制备和技术研究,西安科技大学,黄智著。

 

备注:

阴极剥离:阴极剥离或叫阴极去黏合是涂装金属遭到破坏的一种常见形式。

 

粉体圈 作者:小白

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