本發(fā)明涉及防腐蝕材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種粉芯絲材及制備高速電弧噴涂層的方法。
背景技術(shù)：
：油田儲運(yùn)設(shè)施(如油田污水罐、三相分離器、工藝管線等)經(jīng)常面臨“高壓腐蝕+沖蝕”的苛刻環(huán)境條件，單純靠有機(jī)涂料難以實(shí)現(xiàn)長效防護(hù)。采用金屬涂層是解決腐蝕/磨損問題的有效方法之一。高速電弧噴涂技術(shù)是利用兩根金屬或合金制備成的合金絲材或粉芯絲材之間的電弧使絲材熔化，同時利用壓縮空氣將其霧化成微熔滴，高速噴射到工件表面形成涂層的技術(shù)。高速電弧噴涂技術(shù)是鋼結(jié)構(gòu)防腐蝕、耐磨損和機(jī)械零件維修等實(shí)際應(yīng)用工程中最普遍使用的一種熱噴涂技術(shù)，具有生產(chǎn)效率高、成本低、工藝實(shí)現(xiàn)靈活性高、對工件基體熱傳輸小等優(yōu)勢。純al涂層電位較負(fù)，適用于在碳鋼或合金鋼上進(jìn)行涂覆。和碳鋼或合金鋼相比，純al涂層相當(dāng)于陽極，在服役過程中，一方面可優(yōu)先腐蝕al來保護(hù)鋼基體，另一方面al自身生成的腐蝕產(chǎn)物可有效阻塞涂層表面的微孔隙，形成“自封閉”效應(yīng)，從而起到保護(hù)鋼基體的作用。al涂層作為重防腐手段在很多方面都有成熟應(yīng)用，例如：在三峽大壩閘門上，就采用了“電弧噴涂al涂層(200μm)+封孔劑”的防腐工藝進(jìn)行處理。此外，al基涂層在很多海洋鋼樁、橋梁結(jié)構(gòu)上也有廣泛應(yīng)用。純al涂層耐蝕性能良好，但由于鋁自身質(zhì)地較軟，硬度較低，因此在沖蝕、磨蝕等力學(xué)損傷的環(huán)境下，al涂層往往會被快速消耗。油田介質(zhì)中常伴有泥土沙石等固體顆粒，同時，油田儲運(yùn)設(shè)施還面臨高壓腐蝕介質(zhì)損傷問題，在既有高壓腐蝕又有磨損的苛刻環(huán)境條件下，al涂層會被快速損耗，使油田儲運(yùn)設(shè)施服役壽命降低，難以實(shí)現(xiàn)長效防護(hù)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明通過提供一種粉芯絲材及高速電弧噴涂層的制備方法，解決了在“高壓腐蝕+沖蝕”環(huán)境下純al涂層損耗快的技術(shù)問題。一方面，為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種粉芯絲材，由鋁合金外皮和由合金粉形成的粉芯組成，所述合金粉包含sic、wc和ti；按照質(zhì)量比，所述合金粉中各組分含量為：sic：8％～46％，wc：14％～46％，ti：8％～46％。優(yōu)選的，所述sic、wc和ti的粒度均為178～297μm。優(yōu)選的，所述粉芯絲材的粉芯填充率為33％～37％。進(jìn)一步地，所述合金粉中還包含al粉，粉芯填充率為33％～37％。另一方面，本發(fā)明提供了一種使用上述粉芯絲材制備高速電弧噴涂層的方法，包括：對基體表面進(jìn)行噴砂預(yù)處理；對預(yù)處理后的基體表面高速電弧噴涂所述粉芯絲材，形成al-sic-wc-ti涂層，即所述al-sic-wc-ti高速電弧噴涂層。優(yōu)選的，所述基體材質(zhì)為碳鋼或合金鋼。優(yōu)選的，在進(jìn)行所述噴砂預(yù)處理時，控制壓力為0.6～0.8mpa，噴砂角度為70～90°，噴砂距離為150～180mm。優(yōu)選的，所述高速電弧噴涂的工藝參數(shù)為：壓縮空氣壓力0.6～0.8mpa、噴涂電壓32～36v、噴涂電流110～140a、噴涂距離150～180mm。優(yōu)選的，所述al-sic-wc-ti涂層的厚度為200～500μm。另一方面，本發(fā)明提供了一種油田儲運(yùn)設(shè)施，包括基體和噴涂在所述基體表面的涂層，所述涂層使用所述的粉芯絲材高速電弧噴涂制得。本發(fā)明實(shí)施例中的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：(1)本發(fā)明實(shí)施例提供的粉芯絲材，在粉芯絲材中加入硬質(zhì)相顆粒以增強(qiáng)al涂層硬度，同時添加抗高壓腐蝕元素以增強(qiáng)al涂層耐高壓腐蝕能力，有效解決純al涂層在“高壓腐蝕+沖蝕”環(huán)境下?lián)p耗快的技術(shù)問題；(2)本發(fā)明實(shí)施例制備的高速電弧噴涂層，具有結(jié)合強(qiáng)度高、防腐性能優(yōu)異、表面硬度高等特點(diǎn)；所制備的復(fù)合涂層可應(yīng)用于油田儲運(yùn)設(shè)施防腐涂層，在“高壓腐蝕+沖蝕”環(huán)境下穩(wěn)定服役，提高油田儲運(yùn)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施的服役壽命。附圖說明圖1是本發(fā)明實(shí)施例中制備高速電弧噴涂層的方法流程圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備的al-sic-wc-ti電弧噴涂層表面宏觀照片；圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制備的al-sic-wc-ti電弧噴涂層截面微觀組織照片。具體實(shí)施方式本發(fā)明實(shí)施例提供一種粉芯絲材及制備高速電弧噴涂層的方法，解決了在“高壓腐蝕+沖蝕”環(huán)境下純al涂層損耗快的技術(shù)問題，可應(yīng)用于油田儲運(yùn)設(shè)施防腐涂層，提高油田儲運(yùn)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施的服役壽命。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例總體思路如下：本發(fā)明提供了一種粉芯絲材，由鋁合金外皮和由合金粉形成的粉芯組成，所述合金粉包含sic、wc和ti；按照質(zhì)量比，所述合金粉中各組分含量為：sic：8％～46％，wc：14％～46％，ti：8％～46％。通過以上內(nèi)容可以看出，由于本發(fā)明采用鋁合金為絲材外皮，以al作為耐蝕相基體，在al基體中加入sic和wc硬質(zhì)顆粒相，以形成“軟基體+硬質(zhì)點(diǎn)”的既耐蝕又耐磨的涂層結(jié)構(gòu)，起到增加涂層硬度和耐磨性的作用；同時，加入ti元素，可有效提高涂層耐高壓腐蝕能力；從而有效解決純al涂層在“高壓腐蝕+沖蝕”環(huán)境下?lián)p耗快的技術(shù)問題，可用于油田儲運(yùn)設(shè)施防腐涂層的制備，提高油田儲運(yùn)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施的服役壽命。為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面通過附圖以及具體實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案做詳細(xì)的說明，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體特征是對本發(fā)明技術(shù)方案的詳細(xì)的說明，而不是對本發(fā)明技術(shù)方案的限定，在不沖突的情況下，本發(fā)明實(shí)施例以及實(shí)施例中的技術(shù)特征可以相互結(jié)合。一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種粉芯絲材，由鋁合金外皮和由合金粉形成的粉芯組成，所述合金粉包含sic、wc和ti；按照質(zhì)量比，所述合金粉中各組分含量為：sic：8％～46％，wc：14％～46％，ti：8％～46％。本發(fā)明實(shí)施例中，所述sic、wc和ti的粒度均為178～297μm，sic、wc和ti的粒度過大或過小會造成噴涂過程中焰流不穩(wěn)定，具體實(shí)施過程中過50～80目篩以保證合適的粒度。sic、wc和ti粉作為主要填充物，三者須充分混合，且三者粒度不能相差過大，以免在混粉過程中出現(xiàn)偏聚。本發(fā)明實(shí)施例中，所述粉芯絲材的粉芯填充率為33％～37％。填充率過大會造成粉芯絲材制備過程中拉絲困難，過小則容易造成絲材空芯。進(jìn)一步地，所述合金粉中還包含al粉，粉芯填充率為33％～37％。為保證合理的填充率以及合金粉與鋁合金外皮充分反應(yīng)，可適當(dāng)在合金粉中添加相同粒度的al粉來加以平衡。本發(fā)明實(shí)施例利用sic和wc等硬質(zhì)相增強(qiáng)涂層硬度，同時添加ti元素提高al涂層的耐高壓腐蝕能力，并充分考慮各粉末的熔點(diǎn)與粒度等因素，得到能夠穩(wěn)定噴涂的粉芯絲材。采用該粉芯絲材設(shè)計(jì)，可以最大限度的提高材料的利用率，且受不同材料不同熔點(diǎn)的影響較小，便于粉芯絲材的制備。本發(fā)明實(shí)施例提供的粉芯絲材中鋁合金外皮和粉芯的各組分作用如下：al帶：鋁合金作為絲材外皮，作為比fe電極電位低的金屬，可以在腐蝕過程中對基體鋼起到犧牲陽極的陰極保護(hù)作用，因此將al作為主相使用。sic粉：sic具有較高的硬度，可在al基涂層中充當(dāng)耐磨質(zhì)點(diǎn)，且sic在高溫下比較穩(wěn)定，即使在高溫噴涂后依然能保持原來的形態(tài)，是非常適合于噴涂的粉末材料。sic屬于陶瓷粉末，添加過多會在噴涂過程中不能充分熔化，形成飛濺，添加過少則不能起到增加涂層硬度的目的，因此綜合確定其在合金粉中含量為8％～46％。wc粉：wc同樣具有較高的硬度，同時wc還具有較強(qiáng)的抗沖擊性能。在粉芯中加入適量的wc，可有效提高涂層的抗沖擊和抗沖蝕能力，還可有效提高耐磨質(zhì)點(diǎn)的穩(wěn)定性。wc屬于陶瓷粉末，但由于其分子量較大，添加過多會影響其他合金成分加入，添加過少則不能起到穩(wěn)定涂層結(jié)構(gòu)的效果，因此綜合確定其在合金粉中含量為14％～46％。ti粉：ti在高溫下比較活潑，能夠在噴涂過程中與n、o等元素結(jié)合，減少al的損耗，從而保持了al涂層的活性。在噴涂過程中形成的tin、tio2、alti等化合物均具有良好的耐蝕性和熱穩(wěn)定性，同時它們還可對涂層起到良好的骨架支撐作用。但ti的添加量過大容易引起晶間腐蝕，添加量過少則不能起到增強(qiáng)耐蝕性的作用，因此綜合確定其在合金粉中含量為8％～46％。本發(fā)明實(shí)施例中的粉芯絲材采用現(xiàn)有的常規(guī)方法來制備：先將sic粉、wc粉和ti粉末按設(shè)計(jì)配比混合均勻，并準(zhǔn)備好一定規(guī)格的鋁合金帶，帶材要求具有一定的厚度以保持其拉拔強(qiáng)度，通過粉芯絲材成型裝置經(jīng)過裁帶、軋帶、填粉、封口、拔絲等過程，制得成品絲材，絲材生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)，以能連續(xù)生產(chǎn)和不出現(xiàn)翻帶、斷帶、斷絲等現(xiàn)象為要求。另一方面，基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種使用上述粉芯絲材制備高速電弧噴涂層的方法，請參考圖1，包括：步驟s110：對基體表面進(jìn)行噴砂預(yù)處理；所述基體材質(zhì)為碳鋼或合金鋼。噴涂前的基體表面必須進(jìn)行噴砂處理，以達(dá)到清潔和粗化要求。噴砂時，壓縮空氣必須清潔干燥，壓力控制在0.6～0.8mpa，采用剛玉砂或符合有關(guān)規(guī)定的其它磨料，噴砂角度為70～90°，噴砂距離為150～180mm，噴砂要求基體全部露出新鮮表面，但噴砂時間不宜過長。噴砂后基體的表面粗糙度要達(dá)到sa2.5級水平。步驟s120：對預(yù)處理后的基體表面高速電弧噴涂所述粉芯絲材，形成al-sic-wc-ti涂層，即所述al-sic-wc-ti高速電弧噴涂層。利用現(xiàn)有的高速電弧噴涂設(shè)備進(jìn)行高速電弧噴涂，高速電弧噴涂的工藝參數(shù)為：壓縮空氣壓力0.6～0.8mpa、噴涂電壓32～36v、噴涂電流110～140a、噴涂距離150～180mm。壓縮空氣壓力過大會引起焰流不集中，出現(xiàn)飛濺現(xiàn)象；過小則不能使焰流達(dá)到所要求的噴涂速度。噴涂電壓過大會引起絲材過度蒸發(fā)，絲材還未到達(dá)基體既已大量損失；過小絲材則不能起弧。噴涂電流過大會引起絲材過燒，影響噴涂穩(wěn)定性；過小絲材不能充分熔化，影響涂層性能。噴涂距離過大會引起絲材熔滴不能充分與基體鋼結(jié)合，形成的涂層結(jié)合強(qiáng)度較低；過小則會引起熔滴飛濺，影響涂層沉積率。綜合考慮各工藝因素間的相互作用和相互影響，最終確定了上述工藝參數(shù)，該工藝參數(shù)能夠使焰流最為穩(wěn)定，且涂層致密性較好，可保證噴涂層具有高的結(jié)合強(qiáng)度和低的孔隙率。形成的al-sic-wc-ti涂層的厚度為200～500μm。噴涂的涂層應(yīng)具有合適的厚度，涂層太薄不能很好地起到防腐耐磨效果，太厚則容易引起應(yīng)力集中，造成涂層結(jié)合強(qiáng)度下降。本發(fā)明實(shí)施例的粉芯絲材高速電弧噴涂層的技術(shù)指標(biāo)：顏色外觀：暗灰色；拉伸結(jié)合強(qiáng)度>30mpa；孔隙率＜5％；涂層厚度：200～500μm。本發(fā)明實(shí)施例將熔點(diǎn)相差較大的合金元素混合使用，形成的涂層具有“軟基體+硬質(zhì)點(diǎn)”的特征，形成的al-sic-wc-ti涂層具有耐“高壓腐蝕”和耐“沖蝕”的雙重特性，且抗沖擊性能良好。另一方面，基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種油田儲運(yùn)設(shè)施，包括基體和噴涂在所述基體表面的涂層，所述涂層使用上述粉芯絲材通過高速電弧噴涂方法制得。所述油田儲運(yùn)設(shè)施包括但不限于油田污水儲罐、三相分離器等在“高壓腐蝕+沖蝕”環(huán)境下使用的設(shè)施。為了使本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員能夠進(jìn)一步的了解本發(fā)明實(shí)施例的方案，下面將基于本發(fā)明實(shí)施例所介紹的方案對其進(jìn)行詳細(xì)介紹。實(shí)施例1取sic粉、wc粉、ti粉過60目篩后按比例混合均勻，采用規(guī)格為10mm×0.4mm(寬度×厚度)的1系al合金帶為帶材，制得成品絲材，絲材的粉芯填充率為37％，絲材直徑為2mm。外皮采用厚度為0.4mm的1系鋁合金外皮，可保證外皮在拉伸后仍可保持足夠的強(qiáng)度和韌性，以便于噴涂時送絲更加順暢。該al合金帶的合金組成如下：合金粉中各組分組成如下：噴涂底材為45鋼，噴砂預(yù)處理時，壓縮空氣必須清潔干燥，壓力控制在0.8mpa，采用剛玉砂，噴砂角度為80°，噴砂距離為160mm，噴砂要求基體全部露出新鮮表面，噴砂后基體的表面粗糙度達(dá)到sa2.5級，同時要求在表面處理完成四小時內(nèi)完成絲材噴涂；采用常規(guī)電弧噴涂設(shè)備在45鋼基體表面噴涂al-sic-wc-ti涂層，工藝參數(shù)為：壓縮空氣壓力0.8mpa、噴涂電壓34v、噴涂電流120a、噴涂距離160mm，涂層厚度350μm。實(shí)施例2取sic粉、wc粉、ti粉過80目篩后按比例混合均勻，采用規(guī)格為10mm×0.4mm(寬度×厚度)的1系al合金帶為帶材，制得成品絲材，絲材的粉芯填充率為35％，絲材直徑為2mm。合金粉中各組分組成如下：噴涂底材為q235鋼，噴砂預(yù)處理時，壓縮空氣必須清潔干燥，壓力控制在0.6mpa，采用剛玉砂，噴砂角度為70°，噴砂距離為150mm，噴砂要求基體全部露出新鮮表面，噴砂后基體的表面粗糙度達(dá)到sa2.5級，同時要求在表面處理完成四小時內(nèi)完成絲材噴涂；采用常規(guī)電弧噴涂設(shè)備在q235鋼基體表面噴涂al-sic-wc-ti涂層，工藝參數(shù)為：壓縮空氣壓力0.6mpa、噴涂電壓36v、噴涂電流140a、噴涂距離150mm，涂層厚度300μm。實(shí)施例3取sic粉、wc粉、ti粉過70目篩后按比例混合均勻，采用規(guī)格為10mm×0.4mm(寬度×厚度)的1系al合金帶為帶材，制得成品絲材，絲材的粉芯填充率為33％，絲材直徑為2mm。合金粉中各組分組成如下：噴涂底材為a3鋼，噴砂預(yù)處理時，壓縮空氣必須清潔干燥，壓力控制在0.7mpa，采用剛玉砂，噴砂角度為90°，噴砂距離為170mm，噴砂要求基體全部露出新鮮表面，噴砂后基體的表面粗糙度達(dá)到sa2.5級，同時要求在表面處理完成四小時內(nèi)完成絲材噴涂；采用常規(guī)電弧噴涂設(shè)備在a3鋼基體表面噴涂al-sic-wc-ti涂層，工藝參數(shù)為：壓縮空氣壓力0.7mpa、噴涂電壓32v、噴涂電流110a、噴涂距離170mm，涂層厚度200μm。實(shí)施例4取sic粉、wc粉、ti粉過50目篩后按比例混合均勻，采用規(guī)格為10mm×0.4mm(寬度×厚度)的1系al合金帶為帶材，制得成品絲材，絲材的粉芯填充率為33％，絲材直徑為2mm。合金粉中各組分組成如下：噴涂底材為q235鋼，噴砂預(yù)處理時，壓縮空氣必須清潔干燥，壓力控制在0.8mpa，采用剛玉砂，噴砂角度為80°，噴砂距離為180mm，噴砂要求基體全部露出新鮮表面，噴砂后基體的表面粗糙度達(dá)到sa2.5級，同時要求在表面處理完成四小時內(nèi)完成絲材噴涂；采用常規(guī)電弧噴涂設(shè)備在q235鋼基體表面噴涂al-sic-wc-ti涂層，工藝參數(shù)為：壓縮空氣壓力0.8mpa、噴涂電壓34v、噴涂電流120a、噴涂距離180mm，涂層厚度500μm。實(shí)施例5取sic粉、wc粉、ti粉過80目篩后按比例混合均勻，采用規(guī)格為10mm×0.4mm(寬度×厚度)的1系al合金帶為帶材，制得成品絲材，絲材的粉芯填充率為35％，絲材直徑為2mm。合金粉中各組分組成如下：噴涂底材為q235鋼，噴砂預(yù)處理時，壓縮空氣必須清潔干燥，壓力控制在0.6mpa，采用剛玉砂，噴砂角度為70°，噴砂距離為160mm，噴砂要求基體全部露出新鮮表面，噴砂后基體的表面粗糙度達(dá)到sa2.5級，同時要求在表面處理完成四小時內(nèi)完成絲材噴涂；采用常規(guī)電弧噴涂設(shè)備在q235鋼基體表面噴涂al-sic-wc-ti涂層，工藝參數(shù)為：壓縮空氣壓力0.6mpa、噴涂電壓32v、噴涂電流120a、噴涂距離160mm，涂層厚度400μm。實(shí)施例6取sic粉、wc粉、ti粉過60目篩后按比例混合均勻，采用規(guī)格為10mm×0.4mm(寬度×厚度)的1系al合金帶為帶材，制得成品絲材，絲材的粉芯填充率為36％，絲材直徑為2mm。合金粉中各組分組成如下：噴涂底材為q235鋼，噴砂預(yù)處理時，壓縮空氣必須清潔干燥，壓力控制在0.8mpa，采用剛玉砂，噴砂角度為90°，噴砂距離為180mm，噴砂要求基體全部露出新鮮表面，噴砂后基體的表面粗糙度達(dá)到sa2.5級，同時要求在表面處理完成四小時內(nèi)完成絲材噴涂；采用常規(guī)電弧噴涂設(shè)備在q235鋼基體表面噴涂al-sic-wc-ti涂層，工藝參數(shù)為：壓縮空氣壓力0.8mpa、噴涂電壓36v、噴涂電流130a、噴涂距離180mm，涂層厚度450μm。將本發(fā)明實(shí)施例噴涂得到的al-sic-wc-ti涂層與純al涂層進(jìn)行高壓沖蝕對比分析。測試涂層表面積為100mm×50mm。首先將待測涂層在3.5％nacl溶液中高壓(5mpa)浸泡72h，然后在沖蝕試驗(yàn)機(jī)上對涂層進(jìn)行失重測試，以考察涂層的耐高壓沖蝕性能。沖蝕試驗(yàn)中，液體介質(zhì)為3.5％nacl溶液，含沙量為2％～3％，沖蝕角度為90°，沖蝕速度為10m/s，沖蝕時間為24h。涂層的腐蝕速率情況見表1：表1涂層耐高壓沖蝕性能測試結(jié)果涂層平均失重量/mg腐蝕速率/(g/m2·h)實(shí)施例1143.31.19實(shí)施例2136.61.14實(shí)施例3148.81.24實(shí)施例4157.21.31實(shí)施例5153.81.28實(shí)施例6166.71.39純al涂層658.35.49由表1看出，采用本發(fā)明實(shí)施例的粉芯絲材制備的高速電弧噴涂層與純al涂層相比，在“高壓腐蝕+沖蝕”環(huán)境下腐蝕速率大大降低，能夠提高油田儲運(yùn)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施的服役壽命。圖2顯示了al-sic-wc-ti涂層的宏觀形貌，從宏觀形貌來看，al-sic-wc-ti涂層表面非常致密。圖3顯示了al-sic-wc-ti涂層的微觀形貌，從微觀形貌來看，熔滴搭疊良好，沒有明顯的孔隙出現(xiàn)，表明在既定成分及工藝條件下，al-sic-wc-ti涂層表觀較好。最后所應(yīng)說明的是，以上具體實(shí)施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。當(dāng)前第1頁12