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              為石油天然氣保駕護航的「陶瓷涂層」,你了解多少?
              2020年09月23日 發布 分類:技術前沿 點擊量:786
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              隨著工業化進程的加快,環境污染問題不斷加重,天然氣作為一種高效、且能減少環境污染的清潔能源,其需求量在這幾年間迅速增長。為了保證天然氣能夠平穩輸送,油氣田的常用設備也需要足夠可靠。

              陶瓷涂層

              但對于一些特定的設備如輸送管道來說,由于在開采及其它環節中會產生一定的雜質,這些雜質中常含有一定數量的固體顆粒,這些含砂流體沖擊管道內壁并對其造成一定程度的沖蝕磨損,最終影響正常的生產并有可能造成管道的泄漏。

              為了盡量避免經濟損失,目前在最常用的解決方法是涂敷耐磨涂層,主要使用有機涂層。但是有機涂層在實際生產中所起到的耐磨作用較為有限,并不能起到很好的保護作用。因此以陶瓷涂層為代表的耐磨涂層開始引起重視。

              一、陶瓷涂層的特點

              ①陶瓷涂層能有機地把陶瓷材料的耐磨損、耐高溫、耐腐蝕和金屬的可加工性、強韌性等特性結合起來,發揮兩類材料的綜合優勢,同時滿足機械產品對環境性能(耐蝕、耐磨、耐高溫等)和結構性能(結合強度、韌性)的需要,獲得較為理想的復合材料;

              ②制備陶瓷涂層的材料品種很多,包括各種碳化物、氧化物和復合氧化物、氮化物、硼化物和硅化物以及金屬陶瓷和塑料等材料,也可進行復合;

              ③功能廣,采用不同的陶瓷涂層材料,可獲得不同功能的表面涂層,如減摩、耐磨、耐蝕、抗氧化、絕熱等;

              ④制造陶瓷復合粉末的方法很多,涂層成分比較容易調整;

              ⑤陶瓷涂層沉積速率較快,涂層厚度可根據需要控制,熱噴涂技術制備陶瓷涂層的沉積速率比CVD、PVD、電火花沉積等要快,熱噴涂的噴涂速率通常為2~5kgh。

              陶瓷涂層

              熱噴涂技術

              二、陶瓷涂層的構造

              陶瓷涂層與金屬基體在物理化學性質上的差異,導致其與基體界面在結構和性能上存在突變,特別是兩者線膨脹系數的差異,在涂層與基體界面處產生較大的殘余應力,而殘余應力是導致涂層脫落的主要原因之一。因此,陶瓷涂層很少單獨使用。

              目前在噴涂陶瓷涂層前,一般都會在金屬基體上先預噴涂一薄層金屬層,形成雙結構涂層。金屬涂層在涂層結構中的作用是減緩陶瓷涂層與金屬基體之間因線膨脹系數的差異而導致的較大的殘余應力,提高涂層與基體的結合強度,因此,將這一薄層金屬層稱為粘結層。目前,陶瓷涂層的結構多為這種雙層涂層結構。

              隨著陶瓷涂層工作溫度的提高,由于涂層與基體金屬線膨脹系數的不匹配,在涂層內形成較大的殘余應力而導致涂層破壞。為減小涂層內的應力,提高涂層的高溫使用壽命,許多研究者在陶瓷層與粘結層之間增加過渡層,形成“階梯涂層”。對涂層性能測試結果發現采用階梯涂層可減小涂層內的殘余應力,提高陶瓷涂層的結合強度和抗熱沖擊性。

              三、陶瓷涂層的應用狀況

              不過陶瓷涂層雖然好用,但也不是哪里都適用。由于它的制備及涂覆工藝相對較為復雜,因此要實現“全面武裝”是不太現實的,一般只會針對沖蝕磨損情況較為嚴重的局部件,例如油氣集輸管線的彎管、異徑接頭、大開度下的閥門等,可以在其沖蝕磨損集中區制備陶瓷涂層,預計將會取得較好的耐磨效果。

              資料來源:

              油氣集輸管道耐磨涂層研究進展及技術改進方法,季楚凌,李長俊。

              防垢耐蝕耐磨涂層的制備與性能研究,王瑞英。

              粉體圈 NANA


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