耐微生物腐蚀TiN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐微生物腐蚀TiN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，包括：一、采用碳热还原法制备TiN颗粒；二、将TC4钛合金粉末和TiN颗粒混合均匀，得到喷涂粉末；三、将喷涂粉末烘干后采用等离子体喷涂工艺喷涂于管线钢表面，得到耐微生物腐蚀的TiN/Ti陶瓷金属复合涂层。本发明专利技术制备的陶瓷金属复合涂层具有极优良的耐微生物腐蚀性能，用于长输管道管线钢的微生物腐蚀工作环境，涂层材料显示出优异的耐微生物腐蚀性能，能够满足长输管道管线钢工作环境的要求，有效的解决长输管道管线钢微生物腐蚀的问题，在长输管道防护领域有着良好的应用前景。

Preparation of tin / Ti ceramic metal composite coating resistant to microbial corrosion

【技术实现步骤摘要】
耐微生物腐蚀TiN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法
本专利技术属于陶瓷金属复合涂层制备
，具体涉及一种耐微生物腐蚀TiN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法。
技术介绍
近年来，我国石油及能源工业得到快速发展，埋地管线的建设得到平稳增长。长输管线由于绝大部分铺设在土壤环境中，因此，微生物腐蚀对管线钢的安全与使用寿命有较大影响。微生物腐蚀是指生物生命活动直接或间接地促进了腐蚀过程中所引起的管线钢失效作用。在土壤、机械、油田和海水等各个工作环境的设备中都有发现。微生物腐蚀总是伴随电化学腐蚀同时进行，引起金属材料腐蚀的微生物一般为细菌和真菌，同时也有原生物及藻类等。微生物对金属材料的腐蚀过程主要是通过使电极电位和浓差电位发生变化而参与腐蚀作用。特别是针对长输油气管道管线钢，大多数管道外表面的剥离涂层下都存在微生物腐蚀，微生物代谢活动极大的改变服役状态下管道外表面的环境特性，导致管线钢发生严重的点蚀，同时微生物腐蚀也是导致管线钢发生应力腐蚀开裂的重要因素之一，应力腐蚀开裂的起始裂纹大部分产生于金属点蚀坑的底部。因此，微生物腐蚀失效问题成为管线钢研制、开发、应用过程中不可避免的一个重要问题。随着热喷涂技术的不断发展和完善，以及应用领域的扩展，热喷涂涂层所表现的防腐耐磨优越性在管道防护上应用越来越广泛，采用热喷涂金属涂层，陶瓷涂层，陶瓷金属复合涂层及金属间化合物涂层等工艺，能够有效的控制管道使用过程中的腐蚀磨损问题，是人们所接收的一项经济，可靠的表面处理方法，有效的解决了管道防护问题。因此，可以将热喷涂制备陶瓷金属复合涂层工艺应用在管线钢耐微生物腐蚀领域，将在长输管道耐蚀耐磨领域上有着良好的应用前景。钛及钛合金被广泛地应用为生物医用材料主要是由于其具有良好的生物相容性及耐微生物腐蚀性能。钛及钛合金表面可自发形成氧化膜，该氧化膜一般为几个纳米，具有很高的稳定性，使钛及钛合金表现出很高的化学稳定性及耐微生物腐蚀性。钛合金因为具有极强的耐微生物腐蚀性，无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性，是非常理想的医用金属材料，是人工关节、人工骨、种植牙等常用硬组织替代物。氮化钛陶瓷具有熔点高、硬度大、耐腐蚀的特点，氮化钛以其优异的力学性能和化学稳定性,在工业上得到广泛的应用，成为目前解决耐腐蚀问题的有效方法。氮化钛涂层是一种金黄色薄膜，具有硬度大、抗蚀性好、与金属间结合力大等特点，是工业上常用的耐磨陶瓷涂层材料。因为氮化钛具有极强的耐微生物腐蚀性，所以氮化钛涂层经常被用来改善医用表面性状，达到提高合金耐微生物腐蚀的作用。本专利技术利用碳热还原反应和等离子喷涂技术在管线钢表面制备TiN/Ti陶瓷金属复合涂层，该涂层具有优异的耐微生物腐蚀和耐磨损性能，因此具有良好的工业化可行性，能够满足长输管道管线钢的微生物腐蚀工作环境的要求，工艺简单成本低廉适合广泛推广应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种耐微生物腐蚀TiN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法。该方法利用TC4钛合金代替传统的纯钛作为涂层喷涂粉末，与氮化钛粉末配合，TC4钛合金的钝化膜较薄，具有稳定、完整、易发生自愈合等特点，可以阻止腐蚀的发展。该方法制备的陶瓷金属复合涂层具有极优良的耐微生物腐蚀性能，用于长输管道管线钢的微生物腐蚀工作环境，涂层材料显示出优异的耐微生物腐蚀性能，能够满足长输管道管线钢工作环境的要求，有效的解决长输管道管线钢微生物腐蚀的问题，在长输管道防护领域有着良好的应用前景。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种耐微生物腐蚀TiN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、采用碳热还原法制备TiN颗粒，所述TiN颗粒中TiN的质量百分含量不小于98％，TiN颗粒的平均粒径不大于5μm；步骤二、将TC4钛合金粉末和步骤一中制备的TiN颗粒混合均匀，得到喷涂粉末；所述喷涂粉末中TC4钛合金粉末的质量百分含量为80％～95％，余量为TiN颗粒；所述TC4钛合金粉末的平均粒径不大于60μm；步骤三、将步骤二中所述喷涂粉末烘干，然后采用等离子体喷涂工艺将烘干后的喷涂粉末喷涂于管线钢表面，得到耐微生物腐蚀的TiN/Ti陶瓷金属复合涂层；所述等离子体喷涂工艺的工艺条件为：电弧电压为100V～150V，电弧电流为600A～900A，氮气流量为20L/min～30L/min，氮气压力为1.0MPa～1.5MPa，氢气流量为10L/min～15L/min，氮气压力为0.5MPa～1.0MPa，喷枪移动速度为10mm/s～30mm/s，喷涂距离为120mm～150mm。上述的耐微生物腐蚀TiN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤一中所述碳热还原法制备TiN颗粒包括：将二氧化钛和炭黑置于湿式球磨机中进行湿法球磨，然后将湿法球磨后的物料干燥后置于气氛炉中，在流动氮气气氛下以10℃/min～15℃/min的升温速率升温至1500℃，保温4h，得到TiN颗粒；所述二氧化钛和炭黑的质量比为69:21。上述的耐微生物腐蚀TiN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，所述二氧化钛的质量纯度不小于98％，二氧化钛的平均粒径不大于5μm；所述炭黑的碳含量不小于99％，炭黑的平均粒径不大于200nm。上述的耐微生物腐蚀TiN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，流动氮气的流量为3L/min。上述的耐微生物腐蚀TiN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤二中所述喷涂粉末中TC4钛合金粉末的质量百分含量为90％，余量为TiN颗粒。上述的耐微生物腐蚀TiN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤三中所述电弧电压为120V～140V，电弧电流为700A～800A，氮气流量为22L/min～26L/min，氮气压力为1.2MPa～1.4MPa，氢气流量为12L/min～14L/min，氢气压力为0.6MPa～0.8MPa，喷枪移动速度为20mm/s～25mm/s，喷涂距离为130mm～140mm。上述的耐微生物腐蚀TiN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，所述电弧电压为130V，电弧电流为750A，氮气流量为24L/min，氮气压力为1.3MPa，氢气流量为13L/min，氢气压力为0.7MPa，喷枪移动速度为22mm/s，喷涂距离为135mm。上述的耐微生物腐蚀TiN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤三中喷涂之前对管线钢表面依次进行除锈、除氧化皮和除油清洁处理。上述的耐微生物腐蚀TiN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤三中所述耐微生物腐蚀的TiN/Ti陶瓷金属复合涂层的厚度为500μm～800μm。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、在热力学上，纯钛是一种活泼的金属，在氧化性环境中(如水溶液及大气环境)，表面容易发生氧化形成钝化膜(TiO2)，提高纯钛的耐腐蚀性。本专利技术的方法利用TC4钛合金代替传统的纯钛作为涂层喷涂粉末，TC4钛合金的钝化膜较薄，具有稳定、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐微生物腐蚀TiN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一、采用碳热还原法制备TiN颗粒，所述TiN颗粒中TiN的质量百分含量不小于98％，TiN颗粒的平均粒径不大于5μm；/n步骤二、将TC4钛合金粉末和步骤一中制备的TiN颗粒混合均匀，得到喷涂粉末；所述喷涂粉末中TC4钛合金粉末的质量百分含量为80％～95％，余量为TiN颗粒；所述TC4钛合金粉末的平均粒径不大于60μm；/n步骤三、将步骤二中所述喷涂粉末烘干，然后采用等离子体喷涂工艺将烘干后的喷涂粉末喷涂于管线钢表面，得到耐微生物腐蚀的TiN/Ti陶瓷金属复合涂层；所述等离子体喷涂工艺的工艺条件为：电弧电压为100V～150V，电弧电流为600A～900A，氮气流量为20L/min～30L/min，氮气压力为1.0MPa～1.5MPa，氢气流量为10L/min～15L/min，氮气压力为0.5MPa～1.0MPa，喷枪移动速度为10mm/s～30mm/s，喷涂距离为120mm～150mm。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐微生物腐蚀TiN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、采用碳热还原法制备TiN颗粒，所述TiN颗粒中TiN的质量百分含量不小于98％，TiN颗粒的平均粒径不大于5μm；
步骤二、将TC4钛合金粉末和步骤一中制备的TiN颗粒混合均匀，得到喷涂粉末；所述喷涂粉末中TC4钛合金粉末的质量百分含量为80％～95％，余量为TiN颗粒；所述TC4钛合金粉末的平均粒径不大于60μm；
步骤三、将步骤二中所述喷涂粉末烘干，然后采用等离子体喷涂工艺将烘干后的喷涂粉末喷涂于管线钢表面，得到耐微生物腐蚀的TiN/Ti陶瓷金属复合涂层；所述等离子体喷涂工艺的工艺条件为：电弧电压为100V～150V，电弧电流为600A～900A，氮气流量为20L/min～30L/min，氮气压力为1.0MPa～1.5MPa，氢气流量为10L/min～15L/min，氮气压力为0.5MPa～1.0MPa，喷枪移动速度为10mm/s～30mm/s，喷涂距离为120mm～150mm。


2.根据权利要求1所述的耐微生物腐蚀TiN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤一中所述碳热还原法制备TiN颗粒包括：将二氧化钛和炭黑置于湿式球磨机中进行湿法球磨，然后将湿法球磨后的物料干燥后置于气氛炉中，在流动氮气气氛下以10℃/min～15℃/min的升温速率升温至1500℃，保温4h，得到TiN颗粒；所述二氧化钛和炭黑的质量比为69:21。


3.根据权利要求2所述的耐微生物腐蚀TiN/Ti陶瓷金属复合涂层的制备方法，其特征在于，所述二氧化钛的质量纯度不小于98％，二氧化钛的平均粒径不大于5μm；所述炭黑的碳含...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旭，鲁元，孙福洋，张真，陈梦诗，
申请(专利权)人：西安特种设备检验检测院，
类型：发明
国别省市：陕西;61