本发明专利技术提供了一种为金属基体提供防护的涂层，所述涂层包括起到牺牲阳极作用的金属成分；起到稳定涂层性能的成分；提高涂层耐应力腐蚀开裂性能的成分。本发明专利技术的优点在于：除金属和/或其合金以外，还在涂层中加入了稳定涂层性能的成分，该成分例如是对涂层孔隙起到填充作用而增强涂层封闭效果的成分，特别地，该成分是金属氧化物。此外本发明专利技术还引入了与金属基体的夹杂物结合的元素，从而提高了涂层的耐蚀性。上述技术手段的综合运用使涂层更为稳定，对金属基体的保护作用更强。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于防止金属基体发生腐蚀的涂层。特别地，本专利技术涉及用于防止钢 铁基体发生腐蚀的金属涂层及其复合涂层。
技术介绍
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：2Η20+02+4?Γ = 40Γ。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：2Η++2?Γ = Η2。 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，金属在介质与外力（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)°C，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IOOppm的球罐内壁发生裂纹的比率超过73. 5%，硫化氢含量在50ppm和IOOppm 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。 相对来说，阳极性金属涂层的应用更为广泛，这是因为金属涂层在涂覆过程中，涂 层孔隙的形成是不可能完全避免的，对于阳极性涂层而言，如果存在涂层孔隙而且封闭处 理失效的情况下，钢铁基体是阴极，阳极性涂层优先腐蚀而起到牺牲阳极的作用，避免了钢 铁基体的腐蚀。但是对于阴极性涂层而言，如果存在涂层孔隙而且封闭处理失效的情况下， 形成的腐蚀电池中，钢铁基体是阳极，阴极性涂层的存在虽然能够保护被涂覆的钢铁基体， 但是会大大加速涂层孔隙处的钢铁基体的腐蚀。 常用的阳极性金属涂层包括：铝涂层、锌涂层、锌铝合金涂层。采用热喷涂锌铝合 金层是钢结构腐蚀防护的有效方法之一，但是锌铝涂层的薄弱之处在于必须采用有机涂料 进行封闭处理以抑制锌铝涂层孔隙处钢结构基体的腐蚀。授权号为CN201568725U的实用 新型专利《防止发生应力腐蚀开裂的球罐》中披露了一种用于防止球罐发生应力腐蚀开裂 的锌铝合金涂层。授权号为CN202081163U的技术专利《一种防腐蚀球罐》中披露了一 种用于防止球罐发生应力腐蚀开裂的锌铝稀土合金涂层。这两种合金涂层都是以锌铝合金 作为主要成分，都没有加入镁元素。 随着技术的进步，所属领域技术人员提出了锌-铝-镁合金涂层体系，镁的加入使 得该涂层体系的封闭性能和防腐蚀效果得到提高。然而，这种涂层体系仍存在缺点：首先， 对于该合金涂层体系而言，只有当封闭层破损之后，镁元素遇到腐蚀性物质优先发生腐蚀， 形成的腐蚀产物氧化镁才能填补合合金涂层中的孔隙从而起到封闭作用，这存在时间上的 滞后性和不确定性；此外，该涂层体系的喷涂过程最常使用的喷涂材料是实心丝材，但实心 丝材的制造必须经过熔炼和拉拔等工艺过程，如果锌-铝合金中铝元素的含量超过15%、 镁元素的含量超过〇. 5 %，则锌-铝合金将变硬、变脆而难于制成丝材。 鉴于现有技术中的这些缺点，因而本领域仍需要提供能够改进上述缺点的涂层及 制备与处理方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种金属涂层及其制备与处理方法以防止 金属基体的腐蚀，尤其是防止金属基体在硫化氢环境中的腐蚀，特别是防止硫化氢环境中 的球罐内壁发生均匀腐蚀和应力腐蚀开裂。 与现有技术中的涂层相比，本专利技术的优点在于：除金属和/或其合金以外，还在涂 层中加入了稳定涂层性能的成分，该成分例如是对涂层孔隙起到填充作用而增强涂层封闭 效果的成分，特别地，该成分是金属氧化物。此外本专利技术还引入了与金属基体的夹杂物结合 的元素，从而提高了涂层的耐蚀性。上述技术手段的综合运用使涂层更为稳定，对金属基体 的保护作用更强。 在一个方面中，本专利技术提供了一种为金属基体提供防护的涂层，所述涂层包括起 到牺牲阳极作用的金属成分；起到稳定涂层性能的成分；提高涂层耐应力腐蚀开裂性能的 成分。 按照占整个涂层的重量百分比，所述起到牺牲阳极作用的金属成分占88% -98% (优选91% -94% )，所述起到稳定涂层性能的成分占1%~8% (优选4. 5% -7.5% )，所 述提高涂层耐应力腐蚀开裂性能的成分的重量百分比占〇. 5% -5 % (本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种为金属基体提供防护的涂层，所述涂层包括起到牺牲阳极作用的金属成分；起到稳定涂层性能的成分；提高涂层耐应力腐蚀开裂性能的成分。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：丁宝峰，邸建军，赖广森，李依璇，刘严强，张凯昌，刘小平，
申请(专利权)人：北京碧海舟腐蚀防护工业股份有限公司，廊坊碧海舟涂料有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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