一种耐腐蚀耐高温陶瓷-有机复合涂层及其制备方法和作为金属耐腐涂层的应用技术

本发明专利技术公开了一种耐腐蚀耐高温陶瓷‑有机复合涂层及其制备方法和作为金属耐腐涂层的应用，陶瓷‑有机复合涂层由底层陶瓷涂层、中间硅烷涂层及上层硅烷改性环氧树脂涂层构成。其制备方法是在基体表面依次采用微弧氧化处理生成陶瓷涂层，通过浸涂‑固化工艺生成硅烷涂层及硅烷改性环氧树脂涂层，复合涂层具有很好的耐强酸腐蚀性能和长期耐中性盐溶液腐蚀性能，以及在160～200℃温度下热稳定性好，特别适用于在强酸腐蚀及长期中性盐溶液腐蚀环境下使用的金属或金属合金的表面处理。

A Corrosion Resistant and High Temperature Resistant Ceramic-Organic Composite Coating and Its Preparation Method and Application as Corrosion Resistant Coating for Metals

The invention discloses a corrosion-resistant and high temperature-resistant ceramic organic composite coating and its preparation method and application as a metal corrosion-resistant coating. The ceramic organic composite coating consists of a bottom ceramic coating, an intermediate silane coating and an upper silane modified epoxy resin coating. The preparation method is that ceramic coatings are formed on the surface of matrix by micro-arc oxidation in turn, silane coatings and silane-modified epoxy resin coatings are formed by dipping and curing process. The composite coatings have good acid corrosion resistance and long-term corrosion resistance to neutral salt solution, and good thermal stability at 160-200 C. They are especially suitable for strong acid corrosion and long-term neutrality. Surface treatment of metals or metal alloys used in salt solution corrosion environments.

【技术实现步骤摘要】
一种耐腐蚀耐高温陶瓷-有机复合涂层及其制备方法和作为金属耐腐涂层的应用
本专利技术涉及一种金属及合金表面的防腐技术，具体涉及一种耐强酸腐蚀陶瓷-有机复合涂层，更具体地说，涉及一种在用于页岩油气开发钻探管的表面制备具有耐强酸腐蚀以及耐长期中性盐溶液腐蚀的陶瓷-有机复合涂层，以满足金属及合金在苛刻环境下的使用要求，属于金属表面处理

技术介绍
近年来，对油、气能源的需求日益增加，非常规油气业务成为油气开发的发展趋势。主要表现在对页岩油、气的勘探开发。在常规油气开发过程中，大多数钻井使用泥浆，它有携带和悬浮钻屑、稳定井壁、冷却和冲洗钻头、清除井底岩屑等作用。而在页岩油气的开发过程中，需要用酸化压裂技术压裂页岩，释放页岩中的油气。这样，就对钻探设备提出了更高的耐腐蚀性的要求，尤其是井下油井管要求具有耐强酸腐蚀、耐长期的中性盐浸泡腐蚀能力，以及具有160～200℃下耐高温性能。微弧氧化处理后的陶瓷涂层具有良好的耐磨损和耐腐蚀性能，但是由于微弧氧化制备过程的弧光放电特性，在形成的陶瓷涂层上不可避免的存在微孔和微裂纹，极大的降低了耐腐蚀性能，尤其是耐强酸腐蚀。中国专利(公开号为CN101709497A)公开了一种植酸封孔工艺，可以有效的进行封孔处理，提高微弧氧化陶瓷层的耐腐蚀性能，但是在强酸性溶液中，腐蚀性能差。中国专利(公开号为CN106119924A)公开了采用三次封孔工艺提高铝合金耐腐蚀性能的封孔方法，通过封孔处理后的合金具有出色的耐酸、耐碱、连续耐酸耐碱、耐湿等性能，但是其采用的封孔方法工艺复杂，能耗大，采用铬离子作为第二步的钝化剂，造成环境污染。专利技术内容针对现有技术中用于页岩油气开发钻探管表面耐腐蚀性能差等缺陷，本专利技术的第一个目的是在于提供一种具有优良耐强酸腐蚀、耐长期中性盐溶液腐蚀以及具有耐160～200℃高温的陶瓷-有机复合涂层，特别适用于页岩油气开发钻探管表面改性。本专利技术的另一个目的是在于提供一种操作简单、低成本在金属或金属合金表面制备耐腐蚀耐高温复合涂层的方法。本专利技术的第三个目的是在于提供一种陶瓷-有机复合涂层的应用，将其应用于金属表面修饰可以提高金属材料的耐强酸腐蚀、耐长期中性盐溶液腐蚀性能，以及耐160～200℃高温性能，特别适合在长期苛刻环境下使用的金属材料，如钻探管。为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种耐腐蚀耐高温陶瓷-有机复合涂层，所述陶瓷-有机复合涂层由底层陶瓷涂层、中间硅烷涂层及上层硅烷改性环氧树脂涂层构成。本专利技术还提供了一种耐腐蚀耐高温陶瓷-有机复合涂层的制备方法，其包括以下步骤：1)采用微弧氧化处理在基底表面生成陶瓷涂层；2)通过浸涂-固化工艺在陶瓷涂层表面生成硅烷涂层；3)通过浸涂-固化工艺在硅烷涂层表面生成硅烷改性环氧树脂涂层。优选的方案，通过浸涂-固化工艺在陶瓷涂层表面生成硅烷涂层过程为：将表面生成了陶瓷涂层的基体在硅烷溶液中浸渍10s～60s后，室温干燥，再置于80℃～120℃温度下，固化30min～60min。较优选的方案，所述硅烷溶液由硅酸酯及硅烷偶联剂在有机/无机混合溶剂中进行水解-缩聚反应得到。硅酸酯可以为常见的有机硅酸酯，如硅酸乙酯。硅烷偶联剂可以为常见的有机硅烷，如丙基三甲氧基硅烷。有机硅酸酯和硅烷偶联剂在有机/无机混合溶液体系中溶解混合并发生水解和缩聚反应生成硅聚合物。进一步优选的有机/无机混合溶剂包含乙醇有机和水无机溶剂。进一步优选的方案，有机溶剂、硅酸酯、硅烷偶联剂及无机溶剂的体积比为8:(2～6):(1～4):(2～6)。本专利技术的基体为金属材料或非金属材料，优选为金属材料，金属基体为本领域常见的金属基体，如金属单质基体或金属合金基体，最常见的如铝合金基体。本专利技术技术方案中的陶瓷-有机复合涂层对本领域常见的金属基体均适合。陶瓷-有机复合涂层具有很好的耐强酸腐蚀性能，且在强酸腐蚀后，具有很好的长期耐中性盐溶液腐蚀的能力以及具有160～200℃下耐高温性能，特别适合在长期苛刻环境下使用的金属材料，如钻探管。优选的方案，通过浸涂-固化工艺在硅烷涂层表面生成硅烷改性环氧树脂涂层过程为：将表面生成了硅烷涂层的基体在硅烷改性环氧树脂溶液中浸渍5s～30s后，自然干燥，再置于80℃～150℃温度下，固化30min～120min。较优选的方案，所述硅烷改性环氧树脂溶液通过以下方法制备得到：I)由环氧化合物和固化剂在有机溶剂I中反应得到环氧树脂溶液，II)由硅酸酯和硅烷偶联剂在有机/无机混合溶剂中进行水解-缩聚反应得到硅烷溶液；III)环氧树脂溶液和硅烷溶液混合反应，即得。较优选的方案，所述环氧化合物为本领域常见的环氧化合物，如常见的双酚A二缩水甘油醚。较优选的方案，所述固化剂为本领域常见的固化剂，如聚酰胺。由聚酰胺与双酚A通过交联固化，可以获得性能较好的双酚A型环氧树脂。较优选的方案，所述有机溶剂I包含丙酮、二甲苯、正丙醇中至少一种。较优选的方案，环氧化合物与固化剂的质量比为10：(2～7)。较优选的方案，有机溶剂I与环氧化合物的质量比为2：(1～4)。较优选的方案，硅酸酯可以为常见的有机硅酸酯，如硅酸乙酯。硅烷偶联剂可以为常见的有机硅烷，如丙基三甲氧基硅烷。有机硅酸酯和硅烷偶联剂在有机/无机混合溶液体系中溶解混合并发生水解和缩聚反应生成硅聚合物。进一步优选的有机/无机混合溶剂包含乙醇有机和水无机溶剂。进一步优选的方案，有机溶剂、硅酸酯、硅烷偶联剂及无机溶剂的体积比为8:(2～6):(1～4):(2～6)。进一步优选的方案，硅烷溶液与环氧树脂溶液的质量比为(1～10):4。本专利技术还提供了一种耐腐蚀耐高温陶瓷-有机复合涂层的应用，将其作为金属基体表面耐腐涂层应用。本专利技术的微弧氧化处理为现有技术中常规的在金属或金属合金表面制备陶瓷涂层的方法。所述微弧氧化处理过程中，采用弱碱性电解液，以硅酸盐、钨酸盐、钼酸盐、钒酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐中至少一种作为成膜剂，以氢氧化钠和/或氢氧化钾作为导电物质，以三乙醇胺作为稳弧剂，采用直流、交流或双极性脉冲电流作为微弧氧化电源。直流电源采用恒定电流密度为2～15A/dm2。交流电源参数为：电压400～650V，电源频率为550～750Hz，脉冲宽度260～307μs，占空比15～20％。微弧氧化处理时间为10～30min。本专利技术技术方案中，先在金属或金属合金表面生成陶瓷涂层，陶瓷涂层具有较好的耐磨性，但是通过现有的常规微弧氧化处理获得的陶瓷涂层表面存在多孔及裂缝，导致其耐腐蚀性能较差，而通过硅烷对陶瓷涂层表面的孔结构及裂缝等进行填充，以提高陶瓷层对腐蚀介质的阻挡作用，并且在陶瓷涂层表面形成一层均匀连续的硅烷涂层，可以阻挡腐蚀介质向基体渗透，以延迟腐蚀介质到达陶瓷层的时间。特别是硅烷涂层作为硅烷改性环氧树脂有机聚合物涂层与陶瓷涂层之间的过渡层，其不但与陶瓷涂层之间结合较好，而且与硅烷改性环氧树脂有机聚合物涂层相容性好，可以提高整个复合涂层之间的结合力，解决了硅烷改性环氧树脂有机聚合物涂层与陶瓷涂层结合能力较差的问题。硅烷改性环氧树脂涂层中通过硅烷改性的环氧树脂其耐腐蚀性能、热稳定性等相对一般的环氧树脂明显提高，同时其通过引入硅烷与硅涂层之间的相容性好，从而可以提高硅烷改性环氧树脂有机聚合物涂层对陶瓷涂层的覆盖面，同本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐腐蚀耐高温陶瓷‑有机复合涂层，其特征在于：由底层陶瓷涂层、中间硅烷涂层及上层硅烷改性环氧树脂涂层构成。

【技术特征摘要】
1.一种耐腐蚀耐高温陶瓷-有机复合涂层，其特征在于：由底层陶瓷涂层、中间硅烷涂层及上层硅烷改性环氧树脂涂层构成。2.权利要求1所述的一种耐腐蚀耐高温陶瓷-有机复合涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)采用微弧氧化处理在基底表面生成陶瓷涂层；2)通过浸涂-固化工艺在陶瓷涂层表面生成硅烷涂层；3)通过浸涂-固化工艺在硅烷涂层表面生成硅烷改性环氧树脂涂层。3.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀耐高温陶瓷-有机复合涂层的制备方法，其特征在于：通过浸涂-固化工艺在陶瓷涂层表面生成硅烷涂层过程为：将表面生成了陶瓷涂层的基体在硅烷溶液中浸渍10s～60s后，室温干燥，再置于80℃～120℃温度下，固化30min～60min。4.根据权利要求3所述的一种耐腐蚀耐高温陶瓷-有机复合涂层的制备方法，其特征在于：所述硅烷溶液由硅酸酯及硅烷偶联剂在有机/无机混合溶剂中进行水解-缩聚反应得到。5.根据权利要求4所述的一种耐腐蚀耐高温陶瓷-有机复合涂层的制备方法，其特征在于：所述硅酸酯为硅酸乙酯；所述硅烷偶联剂为丙基三甲氧基硅烷；所述有机/无机混合溶剂包含乙醇有机溶剂和水无机溶剂；有机溶剂、硅酸酯、硅烷偶联剂及无机溶剂的体积比为8:(2～6):(1～4):(2～6)。6.根据权利要求2所述的一种耐腐蚀耐高温陶瓷-有机复合涂层的制备方法，其特征在于：通过浸涂-固化工艺在硅烷涂层表面生成硅烷改性环...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志义，曾娣平，柏松，赵娟刚，刘冠华，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43