本發明涉及防腐蝕材料
技術領域：
，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：
：油田儲運設施(如油田污水罐、三相分離器、工藝管線等)經常面臨“高壓腐蝕+沖蝕”的苛刻環境條件，單純靠有機涂料難以實現長效防護。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。高速電弧噴涂技術是鋼結構防腐蝕、耐磨損和機械零件維修等實際應用工程中最普遍使用的一種熱噴涂技術，具有生產效率高、成本低、工藝實現靈活性高、對工件基體熱傳輸小等優勢。純al涂層電位較負，適用于在碳鋼或合金鋼上進行涂覆。和碳鋼或合金鋼相比，純al涂層相當于陽極，在服役過程中，一方面可優先腐蝕al來保護鋼基體，另一方面al自身生成的腐蝕產物可有效阻塞涂層表面的微孔隙，形成“自封閉”效應，從而起到保護鋼基體的作用。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”的防腐工藝進行處理。此外，al基涂層在很多海洋鋼樁、橋梁結構上也有廣泛應用。純al涂層耐蝕性能良好，但由于鋁自身質地較軟，硬度較低，因此在沖蝕、磨蝕等力學損傷的環境下，al涂層往往會被快速消耗。油田介質中常伴有泥土沙石等固體顆粒，同時，油田儲運設施還面臨高壓腐蝕介質損傷問題，在既有高壓腐蝕又有磨損的苛刻環境條件下，al涂層會被快速損耗，使油田儲運設施服役壽命降低，難以實現長效防護。技術實現要素：本發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”環境下純al涂層損耗快的技術問題。一方面，為解決上述技術問題，本發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；按照質量比，所述合金粉中各組分含量為：sic：8％～46％，wc：14％～46％，ti：8％～46％。優選的，所述sic、wc和ti的粒度均為178～297μm。優選的，所述粉芯絲材的粉芯填充率為33％～37％。進一步地，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：對基體表面進行噴砂預處理；對預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。優選的，所述基體材質為碳鋼或合金鋼。優選的，在進行所述噴砂預處理時，控制壓力為0.6～0.8mpa，噴砂角度為70～90°，噴砂距離為150～180mm。優選的，所述高速電弧噴涂的工藝參數為：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。優選的，所述al-sic-wc-ti涂層的厚度為200～500μm。另一方面，本發明提供了一種油田儲運設施，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。本發明實施例中的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優點：(1)本發明實施例提供的粉芯絲材，在粉芯絲材中加入硬質相顆粒以增強al涂層硬度，同時添加抗高壓腐蝕元素以增強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”環境下損耗快的技術問題；(2)本發明實施例制備的高速電弧噴涂層，具有結合強度高、防腐性能優異、表面硬度高等特點；所制備的復合涂層可應用于油田儲運設施防腐涂層，在“高壓腐蝕+沖蝕”環境下穩定服役，提高油田儲運鋼結構設施的服役壽命。附圖說明圖1是本發明實施例中制備高速電弧噴涂層的方法流程圖；圖2是本發明實施例1制備的al-sic-wc-ti電弧噴涂層表面宏觀照片；圖3是本發明實施例1制備的al-sic-wc-ti電弧噴涂層截面微觀組織照片。具體實施方式本發明實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”環境下純al涂層損耗快的技術問題，可應用于油田儲運設施防腐涂層，提高油田儲運鋼結構設施的服役壽命。為解決上述技術問題，本發明實施例總體思路如下：本發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％。通過以上內容可以看出，由于本發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硬質顆粒相，以形成“軟基體+硬質點”的既耐蝕又耐磨的涂層結構，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”環境下損耗快的技術問題，可用于油田儲運設施防腐涂層的制備，提高油田儲運鋼結構設施的服役壽命。為了更好的理解上述技術方案，下面通過附圖以及具體實施例對本發明技術方案做詳細的說明，應當理解本發明實施例以及實施例中的具體特征是對本發明技術方案的詳細的說明，而不是對本發明技術方案的限定，在不沖突的情況下，本發明實施例以及實施例中的技術特征可以相互結合。一方面，本發明實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％。本發明實施例中，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定，具體實施過程中過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偏聚。本發明實施例中，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，可適當在合金粉中添加相同粒度的al粉來加以平衡。本發明實施例利用sic和wc等硬質相增強涂層硬度，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與粒度等因素，得到能夠穩定噴涂的粉芯絲材。采用該粉芯絲材設計，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的影響較小，便于粉芯絲材的制備。本發明實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基涂層中充當耐磨質點，且sic在高溫下比較穩定，即使在高溫噴涂后依然能保持原來的形態，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點的穩定性。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定涂層結構的效果，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％。本發明實施例中的粉芯絲材采用現有的常規方法來制備：先將sic粉、wc粉和ti粉末按設計配比混合均勻，并準備好一定規格的鋁合金帶，帶材要求具有一定的厚度以保持其拉拔強度，通過粉芯絲材成型裝置經過裁帶、軋帶、填粉、封口、拔絲等過程，制得成品絲材，絲材生產過程中的工藝參數，以能連續生產和不出現翻帶、斷帶、斷絲等現象為要求。另一方面，基于同一發明構思，本發明實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：對基體表面進行噴砂預處理；所述基體材質為碳鋼或合金鋼。噴涂前的基體表面必須進行噴砂處理，以達到清潔和粗化要求。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規定的其它磨料，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到sa2.5級水平。步驟s120：對預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。利用現有的高速電弧噴涂設備進行高速電弧噴涂，高速電弧噴涂的工藝參數為：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，出現飛濺現象；過小則不能使焰流達到所要求的噴涂速度。噴涂電壓過大會引起絲材過度蒸發，絲材還未到達基體既已大量損失；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合，形成的涂層結合強度較低；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，該工藝參數能夠使焰流最為穩定，且涂層致密性較好，可保證噴涂層具有高的結合強度和低的孔隙率。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，太厚則容易引起應力集中，造成涂層結合強度下降。本發明實施例的粉芯絲材高速電弧噴涂層的技術指標：顏色外觀：暗灰色；拉伸結合強度>30mpa；孔隙率＜5％；涂層厚度：200～500μm。本發明實施例將熔點相差較大的合金元素混合使用，形成的涂層具有“軟基體+硬質點”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，基于同一發明構思，本發明實施例提供了一種油田儲運設施，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。所述油田儲運設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”環境下使用的設施。為了使本領域所屬技術人員能夠進一步的了解本發明實施例的方案，下面將基于本發明實施例所介紹的方案對其進行詳細介紹。實施例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到sa2.5級，同時要求在表面處理完成四小時內完成絲材噴涂；采用常規電弧噴涂設備在45鋼基體表面噴涂al-sic-wc-ti涂層，工藝參數為：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到sa2.5級，同時要求在表面處理完成四小時內完成絲材噴涂；采用常規電弧噴涂設備在q235鋼基體表面噴涂al-sic-wc-ti涂層，工藝參數為：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到sa2.5級，同時要求在表面處理完成四小時內完成絲材噴涂；采用常規電弧噴涂設備在a3鋼基體表面噴涂al-sic-wc-ti涂層，工藝參數為：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到sa2.5級，同時要求在表面處理完成四小時內完成絲材噴涂；采用常規電弧噴涂設備在q235鋼基體表面噴涂al-sic-wc-ti涂層，工藝參數為：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到sa2.5級，同時要求在表面處理完成四小時內完成絲材噴涂；采用常規電弧噴涂設備在q235鋼基體表面噴涂al-sic-wc-ti涂層，工藝參數為：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到sa2.5級，同時要求在表面處理完成四小時內完成絲材噴涂；采用常規電弧噴涂設備在q235鋼基體表面噴涂al-sic-wc-ti涂層，工藝參數為：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。將本發明實施例噴涂得到的al-sic-wc-ti涂層與純al涂層進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，然后在沖蝕試驗機上對涂層進行失重測試，以考察涂層的耐高壓沖蝕性能。沖蝕試驗中，液體介質為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果涂層平均失重量/mg腐蝕速率/(g/m2·h)實施例1143.31.19實施例2136.61.14實施例3148.81.24實施例4157.21.31實施例5153.81.28實施例6166.71.39純al涂層658.35.49由表1看出，采用本發明實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”環境下腐蝕速率大大降低，能夠提高油田儲運鋼結構設施的服役壽命。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，表明在既定成分及工藝條件下，al-sic-wc-ti涂層表觀較好。最后所應說明的是，以上具體實施方式僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照實例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。當前第1頁12