專利名稱：具有防腐、防垢、防結(jié)蠟鍍層的金屬管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬管內(nèi)外表面鍍層結(jié)構(gòu)及成分和其鍍層工藝技術(shù)。
現(xiàn)有石油化工工業(yè)的輸油輸水金屬管內(nèi)的介質(zhì)成份較復(fù)雜，所以金屬管極易受到各種腐蝕，另外由于介質(zhì)中含有大量的不溶性鹽和石蠟，還會(huì)對(duì)金屬管內(nèi)壁造成結(jié)垢和結(jié)蠟，時(shí)間稍長(zhǎng)就可能使管道堵塞，影響正常生產(chǎn)的進(jìn)行。現(xiàn)有的防護(hù)措施有1、常規(guī)的化學(xué)鍍法；2熱浸鍍(鋁、鋅等)法；3、有機(jī)或無機(jī)涂料法；4電化學(xué)防護(hù)法等。這些辦法都具有一定的防腐效果，但不能從根本上解決輸油、輸水金屬管內(nèi)壁的結(jié)蠟和結(jié)垢問題。而最近發(fā)明的涂鍍法，雖然能解決金屬管內(nèi)壁的結(jié)垢和結(jié)蠟問題，但由于涂層的耐溫性能、抗老化性能、不相溶性及結(jié)合強(qiáng)度均較差，所以此辦法沒有實(shí)用性，不能推廣使用。對(duì)于油田的輸油管道，由于原油中含蠟量較高，在管內(nèi)壁上往往容易結(jié)蠟堵塞管道，現(xiàn)在只能通過機(jī)械刮蠟或物理發(fā)熱除蠟，或通過對(duì)油的乳化、破乳等辦法。但這些辦法都存在處理過程復(fù)雜、污染嚴(yán)重、浪費(fèi)大量人力物力的缺點(diǎn)。刮蠟還容易損壞管內(nèi)壁的防護(hù)層。對(duì)于不同的輸水管，特別是油田的輸水管，鍋爐及換熱器的輸水管，由于水汽中含有Cl-、SO42-、NO3-、Na+、Ca2+、Mg2+等離子和溶解氧具有腐蝕作用，在管壁易形成蝕孔，而Ca2+、Mg2+等則會(huì)沉積結(jié)垢，堵塞管道，加速局部腐蝕，甚至導(dǎo)致破裂爆炸，有很大的危害性。現(xiàn)在雖然已選用了不銹鋼、銅、鋁、熱鍍鋁管及常規(guī)化學(xué)鍍Ni-P管，以及向水中加入緩蝕劑的化學(xué)方法，可以達(dá)到不同程度的防腐效果，但沒有從根本上解決金屬管結(jié)垢問題，而且可能造成污染(如加緩蝕劑)，故只能停產(chǎn)檢修或化學(xué)除垢，甚至更換管道，造成生產(chǎn)成本增加。
本發(fā)明的目的是研制一種具有防腐、防垢、防結(jié)蠟涂鍍層的金屬管，該鍍層除應(yīng)具有防腐、防垢、防結(jié)蠟的功能外，還應(yīng)具有耐高低溫、抗老化、不相溶、結(jié)合強(qiáng)度高的性能。同時(shí)提供它的制造方法。
本發(fā)明的金屬管內(nèi)壁或外壁至少有一層表面防護(hù)涂鍍層，涂鍍層中含有由PTFE、(CF)n、MoS2當(dāng)中單一粒子或由三種粒子中的任意兩種或三種混合的粒子。上述粒子化學(xué)鍍時(shí)粒徑應(yīng)在0.1～5μm范圍，有機(jī)或無機(jī)涂時(shí)粒徑應(yīng)在0.1～15μm范圍。其中的粒子在涂鍍液中的含量為1～50VOL％，涂鍍層厚度為5～180μm，為提高其防護(hù)效果，在該表面防護(hù)層以里還涂鍍有Ni-P、Ni-B、Ni、Cu當(dāng)中的單一成份或它們當(dāng)中任意幾種成份混合的底層。在表面防護(hù)層與底層之間還涂鍍含有低磷Ni-P合金的一層中間層，其中含磷為0.1～5Wt％，中間層的厚度為0.8～10μm。底層厚度應(yīng)在5～50μm。
本發(fā)明的制造方法是一、采用有機(jī)或無機(jī)涂層法這種鍍層的關(guān)鍵是金屬管基體表面的處理。主要方法有鈍化處理或化學(xué)轉(zhuǎn)化膜法，最好采用化學(xué)轉(zhuǎn)化膜法的磷化法。其目的是提高涂層與金屬基體之間的結(jié)合力與涂層的防護(hù)力。涂層主要由涂料、聚四氟乙烯及(CF)n粒子組成，聚四氟乙烯及(CF)n粒子含量為1～50VOL％，涂層厚度為30～180μm，磷化層厚度為5～50μm。涂料選用冷或熱固化基料。制作涂層工藝為首先對(duì)金屬基體進(jìn)行除油，再對(duì)金屬基體除氧化膜，再噴沙處理，在90℃下精除油，在90℃下用熱水洗，在室溫下用流水洗，在室溫下用酸洗活化，在室溫下用流水清洗，在40～90℃下進(jìn)行磷化處理，在室溫下用流水清洗，在室溫下鈍化處理，再用熱風(fēng)進(jìn)行干燥，在室溫下噴涂含有PTFE、(CF)n、MoS2粒子的復(fù)合涂料，最后固化成型。二、化學(xué)鍍法將PTFE、(CF)n、MoS2的混合粒子進(jìn)行乳化處理，然后混入到普通化學(xué)鍍液中，鍍液中粒子含量0.1～10VOL％，鍍層為Ni-P、Ni-E、Ni-Cu-P、Ni-Sn-P、Ni、Cu基的復(fù)合層，施鍍操作時(shí)的PH值范圍為4.0～12.0，溫度為60～95℃。采用Cu沉積時(shí)的PH值為8.0～13.0，溫度為40～80℃。為提高防護(hù)效果和鍍層性能，可以在含有PTFE、(CF)n、MOS2粒子的化學(xué)鍍層以里涂鍍底層和中間層。所涂鍍底層是化學(xué)鍍Ni-P、Ni-B、Ni、Cu的單一成分或幾種成分混合組成，其應(yīng)具有更好的電化學(xué)防護(hù)性，其厚度為5～50μm，同時(shí)在底層與表層之間還可化學(xué)鍍一層中間封孔層，中間封孔層厚度為0.8～10μm。最后對(duì)金屬管在≤300℃下熱處理成型。


圖1是實(shí)施例一鍍管的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為實(shí)施例二鍍管的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為實(shí)施例三鍍管的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是實(shí)施例三鍍管的俯視圖。
本發(fā)明的含有涂鍍層的金屬管具有顯著的防腐、防垢、防結(jié)蠟的性能，防腐可達(dá)10級(jí)以上，水管防垢率可達(dá)90％以上，油管防結(jié)蠟率達(dá)50％以上，防護(hù)層與金屬基體結(jié)合牢固，在-40～280℃環(huán)境下可長(zhǎng)期使用不脫層，抗老化、不相溶性能很好。該方法可用于鋼、不銹鋼、熱鍍鋁鋼、鋁及鋁合金、銅及銅合金等金屬材料表面的涂鍍。它既能涂鍍平板、直管還能涂鍍曲管或異形管及容器。其制造方法一致性好，能適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
實(shí)施例一本實(shí)施例以油田用的油水管為例，該管一般采用直徑為2.5cm，壁厚為4mm，長(zhǎng)度為9.6m的優(yōu)質(zhì)低合金鋼管。鍍槽體積為10m3。施鍍過程為對(duì)鋼管進(jìn)行噴沙處理，然后裝架，每架30～35根，在大于等于90℃條件下精除油，用大于等于90℃的熱水清洗，再冷水洗，再酸洗活化，再冷水洗，在90～92℃條件下進(jìn)行化學(xué)鍍Ni-P合金，鍍液中混入PTFE粒子，鍍液的PH值為4.0～5.0，鍍液必須采用循環(huán)過濾，循環(huán)量為每小時(shí)8～10個(gè)循環(huán)周期，管子在鍍槽內(nèi)擺放要有一定角度，在循環(huán)吸口處要高一些，在進(jìn)口處低一些，這樣有利于管內(nèi)氫氣的排放及鍍液的循環(huán)。過濾時(shí)采用100目的濾布，過濾面積為1.0m2/m3左右，施鍍過程中要不斷對(duì)鍍液進(jìn)行分析，并補(bǔ)加已消耗了的成份，調(diào)整PH值。另外在鍍槽中要隨管加入試塊，根據(jù)鍍層厚度要求及鍍速，適時(shí)取出試塊測(cè)厚，當(dāng)達(dá)到厚度要求時(shí)整架管方可取出，再進(jìn)行冷水洗，熱水洗即成。此時(shí)鍍成的管如圖1所示，其中1為鋼管基體，2為鍍Ni-P合金層，其中含有PTFE粒子的鍍層，鍍層厚為30μm，粒子含量為30VOL％。
實(shí)施例二本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同點(diǎn)是除了表面防護(hù)層2外，又增加一層底層3，為此采用兩個(gè)鍍槽，即A槽和B槽，用A槽鍍時(shí)獲得高磷Ni-P合金鍍層的底層3，底層3的鍍層厚為20μm，用B槽鍍時(shí)在底層3上又鍍有低磷Ni-P合金/PTFE表面防護(hù)鍍層2。表面防護(hù)鍍層2的厚度為10μm，粒子含量為30VOL％。施鍍時(shí)首先采用與實(shí)施例一相同的對(duì)基體1的處理工藝，然后放到A槽中施鍍1～2小時(shí)，然后再放入B槽中鍍，達(dá)到厚度后再取出，仍進(jìn)行冷熱水洗即可。其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。這種處理與實(shí)施例一相比效率高，防腐性加強(qiáng)，防垢防結(jié)蠟效果相等，且成本大大降低。
實(shí)施例三本實(shí)施例與實(shí)施例二的不同點(diǎn)是在底層3與表面防護(hù)層2之間又增加一層中間層4。其施鍍工藝過程與實(shí)施例二相同，不同的是又增加了一個(gè)鍍槽C，首先在A槽中施鍍獲得含有高磷Ni-P合金鍍層的底層3，然后在B槽中鍍，獲得含低磷合金的中間鍍層4，中間鍍層4的厚度為5μm，中間層作為陽極性鍍層使針孔封閉，從而更有效地提高了鍍層的防護(hù)性能。然后再在C槽中鍍，獲得中磷合金/PTFE表面防護(hù)鍍層2。其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖3所示。
權(quán)利要求
1.具有防腐、防垢、防結(jié)蠟涂鍍層的金屬管，在金屬管(1)的內(nèi)壁上至少有一層表面防護(hù)涂鍍層(2)，其特征在于表面防護(hù)涂鍍層(2)含有PTFE、(CF)n、MoS2當(dāng)中單一粒子；化學(xué)鍍時(shí)上述粒子的粒徑應(yīng)在0.1～5μm范圍，有機(jī)或無機(jī)涂時(shí)上述粒子的粒徑應(yīng)在0.1～15μm范圍，其中上述粒子在涂鍍層中的含量為1～50VOL％，涂鍍層(2)的厚度為5～180μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有防腐、防垢、防結(jié)蠟涂鍍層的金屬管，其特征在于表面防護(hù)涂鍍層(2)中所含粒子由PTFE、(CF)n、MoS2當(dāng)中任意兩種粒子混合組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有防腐、防垢、防結(jié)蠟涂鍍層的金屬管，其特征在于表面防護(hù)涂鍍層(2)中所含粒子由PTFE、(CF)n、MoS2混合組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有防腐、防垢、防結(jié)蠟涂鍍層的金屬管，其特征在于表面防護(hù)涂鍍層(2)以里還涂鍍有Ni-P、Ni-B、Ni、Cu中的單一成分組成的底層(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、4所述的具有防腐、防垢、防結(jié)蠟涂鍍層的金屬管，其特征在于底層(3)由Ni-P、Ni-B、Cu中任意幾種成份的混合組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有防腐、防垢、防結(jié)蠟涂鍍層的金屬管，其特征在于表面防護(hù)層(2)與底層(3)之間還涂鍍含有低磷Ni-P合金的中間層(4)，其中含磷0.1～5Wt％，中間層(4)的厚度為0.8～10μm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、4所述的具有防腐、防垢、防結(jié)蠟涂鍍層的金屬管，其特征在于底層(3)的厚度為5～50μm。
8.具有防腐、防垢、防結(jié)蠟涂鍍層金屬管的制造方法，其特征在于用有機(jī)或無機(jī)涂層方法時(shí)，首先對(duì)金屬基體進(jìn)行除油，再對(duì)金屬基體除氧化膜，再噴沙處理，在90℃下精除油，在90℃下用熱水洗，在室溫下用流水洗，在室溫下用酸洗活化，在室溫下用流水清洗，在40～90℃下進(jìn)行磷化處理，在室溫下用流水清洗，在室溫下鈍化處理，再用熱風(fēng)進(jìn)行干燥，在室溫下噴涂含有PTFE、(CF)n、MoS2粒子的復(fù)合涂料，其中粒子含量為1～50VOL％，最后固化成型。
9.具有防腐、防垢、防結(jié)蠟涂鍍層金屬管的制造方法，其特征在于用化學(xué)鍍方法時(shí)，先將PTFE、(CF)n、MoS2的混合粒子進(jìn)行乳化處理，然后混入到普通化學(xué)鍍液中，鍍液中粒子含量為0.1～10VOL％，獲得含有粒子的Ni-P、Ni-B、Ni-Cu-P、Ni-Sn-P、Cu及Ni的復(fù)合鍍層，鍍層中粒子含量為1～50VOL％，化學(xué)鍍鎳及鎳合金時(shí)，施鍍PH值范圍為4.0～12.0，溫度為60～95℃，采用Cu沉積時(shí)的PH值為8.0～13.0，溫度為40～80℃，最后對(duì)金屬管在≤300℃下熱處理成型。
全文摘要
具有防腐、防垢、防結(jié)蠟涂鍍層的金屬管,在管1的內(nèi)壁上至少有一層防護(hù)涂鍍層2,層2由PTFE、(CF)n、MoS
文檔編號(hào)F16L58/04GK1251417SQ99122368
公開日2000年4月26日 申請(qǐng)日期1999年11月4日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月4日
發(fā)明者吳宜勇, 國玉江, 田繼安, 梁淑云 申請(qǐng)人:國玉江