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为石油天然气保驾护航的「陶瓷涂层」,你了解多少?
2020年09月23日 发布 分类:技术前沿 点击量:331
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随着工业化进程的加快,环境污染问题不断加重,天然气作为一种高效、且能减少环境污染的清洁能源,其需求量在这几年间迅速增长。为了保证天然气能够平稳输送,油气田的常用设备也需要足够可靠。

陶瓷涂层

但对于一些特定的设备如输送管道来说,由于在开采及其它环节中会产生一定的杂质,这些杂质中常含有一定数量的固体颗粒,这些含砂流体冲击管道内壁并对其造成一定程度的冲蚀磨损,最终影响正常的生产并有可能造成管道的泄漏。

为了尽量避免经济损失,目前在最常用的解决方法是涂敷耐磨涂层,主要使用有机涂层。但是有机涂层在实际生产中所起到的耐磨作用较为有限,并不能起到很好的保护作用。因此以陶瓷涂层为代表的耐磨涂层开始引起重视。

一、陶瓷涂层的特点

①陶瓷涂层能有机地把陶瓷材料的耐磨损、耐高温、耐腐蚀和金属的可加工性、强韧性等特性结合起来,发挥两类材料的综合优势,同时满足机械产品对环境性能(耐蚀、耐磨、耐高温等)和结构性能(结合强度、韧性)的需要,获得较为理想的复合材料;

②制备陶瓷涂层的材料品种很多,包括各种碳化物、氧化物和复合氧化物、氮化物、硼化物和硅化物以及金属陶瓷和塑料等材料,也可进行复合;

③功能广,采用不同的陶瓷涂层材料,可获得不同功能的表面涂层,如减摩、耐磨、耐蚀、抗氧化、绝热等;

④制造陶瓷复合粉末的方法很多,涂层成分比较容易调整;

⑤陶瓷涂层沉积速率较快,涂层厚度可根据需要控制,热喷涂技术制备陶瓷涂层的沉积速率比CVD、PVD、电火花沉积等要快,热喷涂的喷涂速率通常为2~5kgh。

陶瓷涂层

热喷涂技术

二、陶瓷涂层的构造

陶瓷涂层与金属基体在物理化学性质上的差异,导致其与基体界面在结构和性能上存在突变,特别是两者线膨胀系数的差异,在涂层与基体界面处产生较大的残余应力,而残余应力是导致涂层脱落的主要原因之一。因此,陶瓷涂层很少单独使用。

目前在喷涂陶瓷涂层前,一般都会在金属基体上先预喷涂一薄层金属层,形成双结构涂层。金属涂层在涂层结构中的作用是减缓陶瓷涂层与金属基体之间因线膨胀系数的差异而导致的较大的残余应力,提高涂层与基体的结合强度,因此,将这一薄层金属层称为粘结层。目前,陶瓷涂层的结构多为这种双层涂层结构。

随着陶瓷涂层工作温度的提高,由于涂层与基体金属线膨胀系数的不匹配,在涂层内形成较大的残余应力而导致涂层破坏。为减小涂层内的应力,提高涂层的高温使用寿命,许多研究者在陶瓷层与粘结层之间增加过渡层,形成“阶梯涂层”。对涂层性能测试结果发现采用阶梯涂层可减小涂层内的残余应力,提高陶瓷涂层的结合强度和抗热冲击性。

三、陶瓷涂层的应用状况

不过陶瓷涂层虽然好用,但也不是哪里都适用。由于它的制备及涂覆工艺相对较为复杂,因此要实现“全面武装”是不太现实的,一般只会针对冲蚀磨损情况较为严重的局部件,例如油气集输管线的弯管、异径接头、大开度下的阀门等,可以在其冲蚀磨损集中区制备陶瓷涂层,预计将会取得较好的耐磨效果。

资料来源:

油气集输管道耐磨涂层研究进展及技术改进方法,季楚凌,李长俊。

防垢耐蚀耐磨涂层的制备与性能研究,王瑞英。

粉体圈 NANA


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