[发明专利]一种海洋平台用钢表面改性处理的方法

说明书

技术领域

本发明涉及海洋平台用钢表面处理技术领域，特指一种海洋平台用钢表面改性处理的方法。利用一种电弧喷涂铝涂层+阳极氧化+陶瓷涂层涂料封孔的复合工艺在海洋平台用钢S355上进行表面处理，生成致密的氧化膜，提高海洋平台用钢的耐腐蚀性能，属于材料表面改性处理领域。

背景技术

海洋周围储存着丰富的石油与天然气等资源，随着人类对海洋的不断开发，大型海洋平台得到了迅速发展；海洋平台具有荷刻的工作条件、要求严格的安全可靠性、使用寿命长、维护与保养比较困难等一系列特点，因此对海洋平台用钢的性能提出了很高的要求；S355是目前海洋平台建设中应用最广泛的钢材种类之一，由于所服役的坏境恶劣，不仅要求 S355具有较高的强度、塑性和优良的韧性，同时还要求其具有较强的耐腐蚀能力；为提高海洋平台用钢S355的使用寿命，通过电弧喷涂在S355表面生成一层Fe-Al合金层，此方法提高了S355的耐蚀性和抗高温氧化性等特点，且不破坏基体的整体力学性能，然而喷铝层在长时间使用过程中，由于空气和腐蚀介质可以通过喷铝层孔洞和裂纹入侵到基体钢表面，从而腐蚀基体，造成喷铝层的剥落现象；本发明专利开发用于服役恶劣环境下的海洋平台用钢S355的表面抗腐蚀处理方法，解决了上述喷铝层的缺陷，可以进一步提高海洋平台用钢S355的耐腐蚀性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电弧喷涂铝涂层+阳极氧化+陶瓷涂层涂料封孔的复合工艺来提高海洋平台用钢S355的耐腐蚀性能，采用该方法在S355表面生成一层Al₂O₃保护层，消除了电弧喷铝层表面的裂纹和孔隙，进一步提高了海洋平台用钢S355的耐腐蚀性能，从而提高了海洋平台用钢S355的使用寿命。

本发明的具体步骤如下：一种海洋平台用钢表面改性处理的方法，以海洋平台用钢S355作为底材，其特征在于：首先对S355进行表面净化处理、喷砂除锈和表面粗糙处理；其次以电弧作为热源，工业纯铝作为喷涂材料，利用电弧的高能量把铝加热成熔融状态与底材里的铁元素相互渗透，形成冶金结合；接下来对形成的喷铝层进行表面抛光处理后，利用阳极氧化法在喷铝层表面生成Al₂O₃氧化膜；最后利用陶瓷涂层涂料对Al₂O₃氧化膜进行封孔处理，其工艺为：将氧化铝粉、氧化硅粉与硅酸钠粘结剂按质量比4：4：1预先混合得到混合料，混合料与去离子水球磨混合成涂料，涂刷到氧化膜表面，然后自然干燥；该复合工艺可以用较小的能耗获得更加致密、孔隙率更低的保护层，极大地提高了底材S355的耐腐蚀性能。

封孔原理是利用氧化膜孔隙吸附性和陶瓷涂层涂料的渗透性，涂层涂料渗入孔隙，沉积于膜孔中，从而达到封闭的目的。

所述的对S355进行表面净化处理、喷砂除锈和表面粗糙处理，确保S355清洁度达Sa3级和粗糙度达Rz40～100μm。

所述的混合料与去离子水的质量比为3：1。

附图说明

图1 为S355表面电弧喷涂铝涂层表面-界面形貌，其中(a) 表面形貌；(b) 界面形貌。

图2为S355表面阳极氧化处理后表面-界面形貌，其中(a) 表面形貌，(b) 界面形貌。  

图3为S355电弧喷涂铝涂层和阳极氧化膜表面XRD分析示意图，其中(a) 电弧喷涂铝后，(b) 阳极氧化处理后。                       

图4为封孔后表面-界面形貌；其中(a) 表面形貌(b) 界面形貌。

图5 盐雾腐蚀后表面形貌，其中(a) S355表面腐蚀形貌，(b)喷铝处理后表面腐蚀形貌，(c)复合工艺后表面腐蚀形貌。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

本发明是利用复合工艺在海洋平台用钢S355表面生成保护膜层的方法，该发明过程包括下面具体步骤：

第一步：前期处理

首先用有机溶剂清洗S355表面，除去表面的油脂与污渍；然后采用喷砂除锈的方法除去S355表面的锈蚀产物，处理后得到清洁度Sa3级和粗糙度Rz40～100μm的表面。

第二步：电弧喷涂