[发明专利]涂层组合物

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种抗腐蚀涂层、使用该涂层的应用以及形成该涂层的方法。

背景

腐蚀是多种工业中的已知问题。仅在石油和天然气工业(O&G)中，腐蚀使得美国的炼油厂花费每年超过40亿美元。周期性地将抗腐蚀表面沉积于现有设备上通常是用来在侵蚀性环境中——例如，包含诸如硫酸的强酸或者高温碱性的腐蚀性环境——保护金属组分的经济型方法。涂层通常使用热喷涂法沉积。该技术通常用于保护炼油容器、发电设备、化学加工槽以及其他大型工业表面。

在通过热喷涂法例如双丝电弧喷涂(TWAS)制造的涂层中，基本组分特别是粉状类型的带芯丝可以氧化(“飞行颗粒氧化”)。雾化的熔融热喷涂材料的氧化出于若干原因而不合需要，其包括：a)合金元素例如铬的选择性氧化，其降低所沉积的涂层的腐蚀性能；b)包埋于涂层内的氧化物在应用时对于密封孔隙率无效；以及c)高含量的氧化物通常降低了涂层和基底之间的粘附性以及颗粒之间的粘附性。TWAS涂层通常包含高度的孔隙率，其范围在5％-10％，且氧化物含量的范围在5-10％。这样高水平的孔隙率不可避免地导致所谓的“直通孔隙率”或“连通孔隙率”，表明该涂层对于腐蚀性介质是渗透性的，导致腐蚀侵袭，而不管热喷涂涂层合金的固有腐蚀性能。此外，捕获在小孔隙中的腐蚀性介质能够导致局部的侵蚀性的侵袭。因此，期望减少热喷涂涂层中的氧化物含量。

有大量参考文献公开了热喷涂涂层组合物。美国专利号4,561,892公开了特定组成的粉末状合金用于以等离子热喷涂法沉积抗腐蚀涂层的应用。美国专利号5,120,614公开了抵抗高温氧化和酸侵袭的Ni-Cr-耐火型合金，适合用作本体(bulk)或焊接覆盖层材料。美国专利号4,027,367公开了用于电弧喷涂应用的镍铝合金组合物，形成自粘涂层。美国专利号4,453,976、4,529,616和5,326,645公开了用于热喷涂和火焰喷涂应用的粉末状合金。美国专利号2,875,042和7,157,151公开了用于喷涂和熔合技术以形成涂层的组合物。

对于在喷涂态条件下具有改进性质的涂层存在需求。对于施加涂层的改进方法尤其是现场涂布大表面区域也存在需求。本发明涉及用于热喷涂技术的改进组合物，其提供低孔隙率/氧化物含量的涂层。

概述

本发明的实施方式提供了组合物和含有组合物的原料，该组合物在被合金化时呈现奥氏体镍的微观结构。该组合物包含Ni、Cr、Mo以及至少一种选自Al、Si和Ti的元素。原料可以为一条或多条带芯丝、一条或多条实心丝或粉末的形式。

附图简述

图1是示意图，显示在一个TWAS实施方式中的自喷砂作用。

图2A是示意图，显示使用金属丝原料的、形成喷砂颗粒的TWAS涂布实施方式。

图2B是示意图，显示使用丝原料的、形成喷砂颗粒的TWAS涂布实施方式。

图3是扫描电子显微照片，对比两种热喷涂涂层样品，一种以现有技术合金C276涂布，一种以本发明涂层实施方式涂布。

图4是对比现有技术合金C276和本发明实施方式在多种喷涂距离和横移速率下的涂层粘附性的图。

图5包含在100X的显微照片，对比25-30密耳现有技术合金C276和本发明实施方式的热喷涂涂层，使用TWAS以相似的参数喷涂。

图6对比了现有技术合金C276与本发明的实施方式的微观结构，使用图像分析软件以显示杂质含量。

图7是能量色散谱研究(EDS)的显微照片，显示本发明的实施方式中选择性元素氧化物的形成。

图8是对比图7中的涂层实施方式的热喷涂涂层结构内氧化物和金属种类中的合金含量的图。

图9是对比丝原料化学组成和本发明实施方式中的金属相化学组成的图。

图10是示意图，阐明穿过涂布有铜焊合金组合物的一个实施方式的基底的厚度的组成梯度。

图11是示意图，阐明用于涂布管道或管材内部的方法的实施方式。

图12是示意图，阐明使用载体片涂布工件的方法的实施方式。

图13是示意图，阐明以作为“钮扣”的铜焊合金钮扣的实施方式涂布基底。

图14A是光学显微照片并且图14B是扫描电子显微照片，显示在软钢基底上形成的涂层的界面的实施方式。

图15是来自能量色散谱(EDS)评价的图，显示穿过图14A-14B的界面的合金化元素的扩散。

图16是来自EDS评价的另一张图，显示图14A-14B的合金涂层中的相的化学组成。