一种输油管道纳米复合涂层的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种双脉冲电沉积技术制备金属基纳米复合材料的方法，具体地说涉及一种石油输油管道金属基Ni‑W‑P‑SiC/CeO2‑TiO2纳米复合镀层在的制备方法。利用该方法制备得到的纳金属基Ni‑W‑P‑SiC/CeO2‑TiO2纳米复合镀层表面均匀平整，具有较高的硬度和很好的耐腐蚀性能和耐磨性能。本发明专利技术制备工艺过程简单易控制，具有环境污染小、生产和维修成本低等特点，可实现工业化大规模生产。

Preparation of an oil pipeline nanocomposite coating

【技术实现步骤摘要】
一种输油管道纳米复合涂层的制备方法
本专利技术涉及一种输油管道纳米复合涂层的制备方法，属于石油输油管道表面制备纳米复合涂层的技术。
技术介绍
在油气田开采和输送过程中，腐蚀、结垢、结蜡、磨损是其四大公害，始终伴随着整个过程。输油管道的腐蚀、结垢、结蜡、磨损是造成油田所用输油管道产品寿命短、维修费用高、影响产量和效益的主要因素，对于采油、注水井，打井费用较高，而一些井由于腐蚀、结垢、结蜡、磨损修井频繁，停井率高，要多产油少打井，最有效的办法就是采取一定的防护措施，有效降低停井率；对于集输管线系统，同样存在腐蚀、结垢、结蜡、磨损问题，为了减阻、节能，实现不加热输送，提高输送效率以及保证输送介质的质量，也必须进行有效的防护。然而目前所有的管道产品，不能同时具备防腐、防垢、阳蜡、防磨的性能，解决油田管道的腐蚀、结垢、结蜡和磨损问题是油田生产中的难题，是我国乃至世界油田迫切需要的，对降低采油生产成本、提高经济效益有着重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种输油管道纳米复合涂层的制备方法，采用正反脉冲电沉积方法制备金属基Ni-W-P-SiC/CeO2-TiO2纳米复合涂层至输油管道上，改变了镀层中基体表面的微观结构，使得镀层的抗高温氧化性能和耐磨损性能明显提高。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种输油管道纳米复合涂层的制备方法，包括以下工艺步骤：S1)对输油管道镀件进行表面预处理；所述表面预处理包括除油、电化学抛光和活化工序；S2)将预处理好的输油管道镀件作为阴极，用石墨作为阳极，直接放入含有纳米SiC、CeO2和TiO2固体粉末的电沉积镀液中，采用双向高频脉冲电源对输油管道镀件表面直接进行双脉冲电沉积处理。优选方案，在步骤S1)对输油管道镀件的预处理过程中，所述电化学抛光采用的电镀液主要组成为：次亚磷酸钠0.1～5mol.L-1，硫酸镍0.1～5mol.L-1；用硫酸控制电镀液的pH值为2～7；在电化学抛光时电镀液的温度为20～80℃。优选方案，在步骤S1)对在输油管道镀件的预处理过程中，电化学抛光的工艺参数为：输油管道镀件为阴极，采用石墨为阳极，两极极间距20～100mm，电流密度2～8A·dm-2，电镀时间5～30min。优选方案，在步骤S2)中对输油管道镀件的电沉积处理过程中，脉冲电沉积的工艺参数为：电流密度1～8A·dm-2，脉宽10～99％、频率0.5～4.5kHz、电压2.0～10.0V、脉冲空占比为0.4～0.8，换向时间为2～10ms；阳极与阴极之间的距离为20～80mm，电沉积时间为10～120min。优选方案，在步骤S2)中对输油管道镀件的电沉积处理过程中，电沉积镀液的主要组成为：硫酸镍0.1～0.5mol·L-1，乌酸钠0.1～0.5mol·L-1，次亚磷酸钠0.1～0.5mol·L-1，硫酸铵0.1～0.5mol·L-1，柠檬酸钠0.1～0.5mol·L-1，硼酸钠0.1～0.5mol·L-1，碳化硅0.1～0.5mol·L-1，氧化铈0.1～0.5mol·L-1，氧化钛0.1～0.5mol·L-1，十二烷基硫酸钠0.0001～0.0005mol·L-1，用硫酸调节电沉积镀液的pH值为2～7。优选方案，在步骤S2)中对输油管道镀件的电沉积处理过程中，电沉积镀液的温度为20～80℃。优选方案，在步骤S2)中对输油管道镀件的电沉积处理过程中，上下搅拌沉积液，使悬浮在电沉积镀液中的纳米SiC、CeO2和TiO2均匀沉积在试样表面。优选方案，在输油管道镀件经脉冲电沉积处理后，可采用水洗或乙醇洗涤。由于上述技术方案的运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术输油管道纳米复合涂层的制备方法，将纳米SiC、CeO2和TiO2固体粉末引入电沉积镀液中，然后再采用双向高频脉冲电沉积技术在输油管道表面电沉积制备金属基Ni-W-P-SiC/CeO2-TiO2纳米复合镀层，可改变镀层中基体表面的微观结构，使得镀层的抗高温氧化性能和耐磨损性能明显提高，在很大程度上改善了输油管道材料的强度、断裂韧性和抗磨损性能，可耐500℃以下的所有溶剂，对无机酸、碱和盐类的抵抗性极强。在本专利技术实施过程中，由于使用双脉冲电源，能够提高电流密度，缩短电沉积时间，从而节约能源。此外，采用双脉冲电沉积技术可使输油管道镀件表面晶粒细化、镀层致密均匀，进一步提高输油管道镀件表面的硬度。在本专利技术所使用的镀液中，所用的处理溶液(前处理、电镀液)均为常见的普通溶液，且不含有六价金属铬离子，因此基本上对环境没有污染。在本专利技术所使用的电沉积镀液中，选用纳米SiC、CeO2和Ti2O颗粒，可改变镀层中基体表面的微观结构，使得镀层的抗高温氧化性能和耐磨损性能明显提高。本专利技术所使用的双脉冲电沉积技术制备工艺简单、成本低廉，对工件形状及尺寸无特别要求，适用范围广，易于大规模工业化生产。本专利技术所述的双脉冲电沉积制备金属基Ni-W-P-SiC/CeO2-TiO2纳米复合镀层具有硬度高、耐化学腐蚀性和耐磨性好等特点，尤其适合于在机械零件和模具等行业中应用推广。具体实施方式下面对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术的输油管道纳米复合涂层的制备方法，包括以下步骤：(1)输油管道镀件的预处理：①将普通碳钢输油管道镀件用砂纸打磨抛光，用自来水清洗后放入20～60℃含有H2SO4或HCl的酸性溶液中，活化2min。②然后用普通碳钢输油管道镀件作为阴极，用石墨作为阳极，将其分离置于电镀液中，在普通碳钢输油管道镀件表面直接镀上一层镍膜；将纳米SiC、CeO2和TiO2微粒引入电沉积镀液中，采用双向高频脉冲电沉积技术在普通碳钢输油管道表面电沉积制备金属基Ni-W-P-SiC/CeO2-TiO2纳米复合镀层。电镀液的主要组成为：次亚磷酸钠0.5mol·L-1，硫酸镍1mol·L-1，用硫酸调节电镀液的pH值为3。电镀工艺参数为：两极极间距30mm，温度30℃，电流密度6A·dm-2，电镀时间5min。③电镀完后用清水冲洗3min。(2)输油管道镀件的电沉积处理：①在双脉冲电沉积过程中，电源采用双脉冲数控可控电源，脉宽为30％，脉冲占空比为1000kHz、电压为5V，电流密度为8A·dm-2，脉冲空占比为0.4，换向时间为2ms。②以电镀Ni后的普通碳钢输油管道镀件为阴极，以不溶性阳极(石墨)为阳极，输油管道镀件阴极与阳极之间的距离为30mm。③脉冲电镀过程中采用阴极移动装置及循环过滤装置，在搅拌的条件下直接放入电沉积镀液中。电沉积镀液的主要组成为：硫酸镍0.2mol·L-1，乌酸钠0.2mol·L-1，次亚磷酸钠0.2mol·L-1，硫酸铵0.2mol·L-1，柠檬酸钠0.2mol·L-1，硼酸钠0.2mol·L-1，碳化硅0.3mol·L-1，氧化铈0.3mol·L-1，氧化钛0.3mol·L-1，十二烷基硫酸钠0.0003mol·L-1，用硫酸调节电镀液的pH值为5。④控制电沉积镀液温度为50℃，脉冲电沉积30min，即可得到金属基Ni-W-P-SiC/CeO2-TiO2纳米复合镀层。(3)输油管道镀件的后处理：将双脉冲电沉积处理后的输油管道镀件用乙醇和水冲洗5min，干燥，即得到金属基Ni-W-P-SiC/CeO2-TiO2纳米复合镀层的普通碳钢输油管道本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输油管道纳米复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：S1)对输油管道镀件进行表面预处理；所述表面预处理包括除油、电化学抛光和活化工序；S2)将预处理好的输油管道镀件作为阴极，用石墨作为阳极，直接放入含有纳米SiC、CeO2和TiO2固体粉末的电沉积镀液中，采用双向高频脉冲电源对输油管道镀件表面直接进行双脉冲电沉积处理。

【技术特征摘要】
1.一种输油管道纳米复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下工艺步骤：S1)对输油管道镀件进行表面预处理；所述表面预处理包括除油、电化学抛光和活化工序；S2)将预处理好的输油管道镀件作为阴极，用石墨作为阳极，直接放入含有纳米SiC、CeO2和TiO2固体粉末的电沉积镀液中，采用双向高频脉冲电源对输油管道镀件表面直接进行双脉冲电沉积处理。2.根据权利要求1所述的输油管道纳米复合涂层的制备方法，其特征在于：在步骤S1)对输油管道镀件的预处理过程中，所述电化学抛光采用的电镀液主要组成为：次亚磷酸钠0.1～5mol.L-1，硫酸镍0.1～5mol.L-1；用硫酸控制电镀液的pH值为2～4；在电化学抛光时电镀液的温度为20～80℃。3.根据权利要求1或2所述的输油管道纳米复合涂层的制备方法，其特征在于：在步骤S1)对在输油管道镀件的预处理过程中，电化学抛光的工艺参数为：输油管道镀件为阴极，采用石墨为阳极，两极极间距20～100mm，电流密度2～8A·dm-2，电镀时间5～30min。4.根据权利要求3所述的输油管道纳米复合涂层的制备方法，其特征在于：在步骤S2)中对输油管道镀件的电沉积处理过程中，脉冲电沉积的工艺参数为：电流密度1～8A·dm-2，脉宽10～99％、频率0.5～4.5kHz、电压2.0～10.0V、脉冲空占比为0.4～...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖超贤，
申请(专利权)人：昆山钴瓷金属科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32