提供了适用于炼油厂和/或石油化学过程设备和管道工程的结构组件。还提供了改进结构组件的耐腐蚀、抗磨损和耐火性质的方法。该结构部件以涂覆有表面处理的非晶金属层的基材来改善耐腐蚀、抗磨损和耐火性质。用能量源表面处理结构组件的表面以造成至少部分非晶金属层和至少部分基材的扩散，从而形成布置于基材上的扩散层。该扩散层具有负的硬度梯度曲线，其从与基材接触的扩散表面到远离基材的表面硬度增加。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术整体上涉及金属表面的表面处理，用于改善其耐腐蚀性、耐磨性、耐侵蚀性和抗磨性以及组合。
技术介绍
众所周知重原油包含腐蚀性材料例如有机酸、二氧化碳、硫化氢和氯化物等，但是它们几乎不构成严重的腐蚀问题。然而，少数原油包含足够量的造成严重腐蚀问题的有机酸(通常为环烷酸)。术语环烷酸通常统称存在于原油中的所有有机酸。在一些石油化学应用中，氢氟酸(HF)是一种通常使用的材料，例如，将其作为催化剂使用于炼油厂的烷基化装置中。在其它的石油化学应用中，硫酸是通常的腐蚀问题。在石油应用中，使用具有高Cr和Mo含量的材料，对于它们的环烷酸耐腐蚀性质， 通常使用具有最小值9%的Cr用于严重的侵蚀(例如，316SS具有名义上18%的Cr和2% 的Mo最小值)。在其它的应用中，通常使用镍基合金处理氢氟酸。从90年代早期，开发了大量的主要基于ττ基、Cu基、Hf基、狗基和其它金属的体金属玻璃(BMG)。与常规的金属合金相比，这些材料表征为在室温下于特别高的强度和大弹性域中具有优异的机械性质。BMG材料的表面处理是已知的。美国专利公开 No. 2008/0041502公开了用于形成硬化表面的方法，其中将金属玻璃涂覆层加热到600°C 的温度，低于合金熔点。使用金属涂层的后处理仅改变涂层材料的表面，部分使涂覆层失去透明性。美国专利公开No. 2004/0253381公开了处理非晶金属层，其中使玻璃经受简单的退火。再次，在该方法中仅改变非晶涂覆层的性质。仍然存在对关于改进性质的表面处理金属玻璃涂层的改进方法的需要，其中该方法对于具有用于石油相关应用的改进的耐腐蚀、耐磨、耐冲蚀和抗磨性质的涂层还改进了金属玻璃涂层下面的基材层的性质。还存在对通常处理非晶金属(或BMG)涂层，使BMG纳米结构涂层失去透明性和表面改性的改进方法的需要。对于改进的耐腐蚀性、耐磨损性和抗磨性，还存在对通过表面处理特别是通过使BMG涂层(BMG类涂层)与下面的基材逐渐混合来改进耐腐蚀性质的方法的需要。
技术实现思路
一方面，提供了一种用于处理石油产品的部件。该结构部件包含金属基材，沉积于基材上的非晶金属层；布置于所述金属基材上的扩散层，所述扩散层具有与所述基体基材接触的第一表面和与第一表面对面的第二表面，所述扩散层具有负性的硬度梯度曲线，其6中从第二表面到第一表面硬度增加；并且其中通过用足够量的能量处理非晶涂覆层使至少部分非晶涂覆层和至少部分基体基材熔融在一起以形成所述扩散层。在一个实施方案中， 扩散层的厚度为非晶金属层厚度的至少5%。在一方面，提供了用于表面处理用于处理石油产品的结构部件的方法。该方法包括提供含有金属的基体基材；在基体基材上形成非晶金属层；以及对非晶金属层施加足够量的能量以形成扩散层，所述扩散层具有负性的硬度梯度曲线，其中从与基体基材接触的第一表面到与第一表面对面并且远离基体基材的第二表面硬度增加；在一个实施方案中， 通过在基体基材上沉积熔融的金属合金从而在基体基材上形成非晶金属层；以及冷却该合金以在基体基材上形成非晶金属层。另一方面，用于表面处理结构部件的方法包括提供包含金属的基体基材；在基体基材上沉积至少一个非晶金属层；在非晶金属层上沉积至少一个陶瓷涂覆层；以及对陶瓷涂覆层施加足够量的能量以使至少部分非晶金属层扩散入基体基材中从而形成扩散层，所述扩散层具有负性的硬度梯度曲线，其中从与基体基材接触的扩散层第一表面到与第一表面对面的第二表面硬度增加。附图说明图1示出了钢基材样品横截面的光学图像，其中用约125微米(ym)BMG的HVOF 喷涂层涂覆该钢基材样品。图2是由380微米BMG的HVOF喷涂层涂覆的钢基材样品的光学图像。图3示出了基材和未处理(喷涂状态)的HOVF BOG涂覆层之间界面的SEM图像。图4是示出了未处理(HV0F喷涂状态)的BOG涂覆层中颗粒间粘结的SEM图像。图5是示出了未处理(HV0F喷涂状态)的BOG涂覆层中颗粒间粘结的另一幅SEM 图像。图6是比较了基材和处理的非晶涂覆层之间的界面扩散层(激光熔融区域-左侧，96W功率)与基材和未处理层之间的界面扩散层(HV0F喷涂，右侧)的SEM图像。图7是说明在80W激光功率下激光表面处理后涂覆有非晶涂覆层Q50微米厚) 的钢基材样品横截面中显微结构变化的光学图像。图8是说明在96W激光功率下激光表面处理后涂覆有非晶涂覆层O50微米厚) 的钢基材样品横截面中显微结构变化的光学图像。图9是说明在112W激光功率下激光表面处理后涂覆有非晶涂覆层O50微米厚) 的钢基材样品横截面中显微结构变化的光学图像。图10是说明在激光处理后250微米厚的非晶涂覆层中微观硬度变化与距表面的距离的函数关系的图表。图11是显示在激光表面处理(80W)后涂覆有非晶涂覆层(125微米厚)的钢基材样品横截面的SEM图像，和说明涂层和邻近的基材中显微硬度值的相应图表。具体实施例方式在本说明书中使用以下术语，并且除有其它说明以外，其具有以下的含义。在本文中使用的，术语“原油”意指天然和合成的液态碳氢化合物产品，其包括不但限于生物降解油、原油、精炼产品包括汽油、其它燃料和溶剂。术语“石油产品”意指天然气以及原油、固态和半固态碳氢化合物产品包括但不限于浙青砂和浙青等。在本文中使用的，术语“结构部件”意指在230-990°C的温度下操作的石油化学设备。对于包含具有至少0.50的以“总酸值”或TAN表示的环烷酸含量的原油产品，如果在高壁(high wall)剪切应力(速率)区域中于230-440°C的温度下操作，一些结构部件特别易于受到环烷酸的腐蚀。通常通过ASTM方法D-664-01测量TAN，并且以毫克KOH/克石油为单位表示。对于剧烈的环烷酸腐蚀区域，低于450°C是更常见的。然而，高温腐蚀可局部发生于设备例如炉管(在火焰侧)、或在焦化装置中，其中焦化绝缘和捕捉热量。在本文中使用的，“厚度”意指在其上施加材料的基材表面上的材料层的平均厚度。在本文中使用的，“扩散”意指在施加足够的能量下于两个不同金属表面接触的地方，来自一个金属表面的金属原子移动、渗透、扩散入其它金属表面，或者与其它金属熔融， 导致由该扩散形成的中间化合物的过程。在基材上热沉积在一个实施方案中，非晶涂覆层热沉积在基材上。在本文中使用的，术语“热沉积”意指以至少部分熔融态涂覆/施加BMG。在一个实施方案中，非晶涂覆层与下面的基材具有至少5，000-10，OOOpsi或更大的强的粘结强度。热沉积方法包括但其不限于焊接方法、热喷涂包括弧丝、高速氧燃料(HVOF)、燃烧或等离子体涂覆，在其中将熔融或半熔融的材料喷涂到下面的基材上。结构部件表征为具有涂覆有非晶金属层的基体基材，其中结构部件的表面经过表面处理，形成提供改进的耐腐蚀、耐冲蚀和耐火性质的扩散层。在一个实施方案中，通过施加热源从而完成非晶金属层与基材的充分混合来处理表面，这提供了起到非晶金属层和基材间的冶金结合作用的扩散层。在另一个实施方案中，以最少的混合使最小厚度的邻近于非晶涂覆层的基材熔融来进行表面处理，以使涂层的稀释最小化，然而仍然提供造成涂覆层与基材间的冶金连接的扩散层。在又一个实施方案中，非晶金属层是完全熔融/烧结的， 这造成具有改进的硬度、腐蚀、侵蚀性质以及与基材改进的连本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：扬·P·库辛基，G·J·库辛基，
申请(专利权)人：雪佛龙美国公司，扬·P·库辛基，
类型：发明
国别省市：
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