20#钢冷喷铝涂层在NaC1溶液中的CUI研究

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为了尽可能地在保障管道和设备正常安全运行的基础上实现能源节约,保温层结构被广泛地应用。但由于各种因素的影响,保温层结构会发生破损,使得保温材料变得潮或湿,引发并促进保温层下管道和设备金属发生腐蚀,即保温层下腐蚀(Corrosion Under Insulation,CUI)。CUI由于具有隐蔽性且不可预测,会引发严重的事故,带来巨大的人员伤亡、环境污染和经济损失。  通过在金属基体表面施加防护涂层可以有效地减缓CUI,延长管道和设备的使用寿命。新型冷喷铝涂层由于其先进的喷涂原理,可以在保持粒子原有性能不变的情况下,通过塑性变形的方式在金属基体上形成致密的涂层,具有很好的工程实用价值。  本研究运用冷喷涂工艺,在20#碳钢管试样表面制备Al、30%Al2O3-70%Al、50%Al2O3-50%Al三种配方冷喷铝涂层,并在自主设计和搭建的CUI装置上,通过进行加速浸泡实验和浸润实验,利用重量法、宏观形貌观察、金相分析、扫描电镜微观观察及和能谱分析等方法,对三种配方冷喷铝涂层的性能和腐蚀行为进行研究,为石化行业中使用冷喷铝涂层防护或减少CUI的发生提供合理的依据。  主要结论如下:  1.通过选定极其恶劣的工况环境,对三种冷喷铝涂层进行CUI加速浸泡试验,并计算腐蚀速率发现:随着试验工况温度的升高(80℃-100℃)和NaCl溶液浓度的提高(0.01%-1%),腐蚀速率逐渐升高,但整体腐蚀速率仍较低;纯Al涂层最为致密,Al粒子变形充分,与基体结合良好,但喷涂要求高,属于3级耐蚀涂层(Ⅱ很耐蚀);30%Al2O3-70%Al配方涂层较为致密,Al2O3陶瓷相的加入可以提高Al粒子在喷涂要求较低时的沉积效率,但涂层中有少数可见孔隙,属于4级耐蚀涂层(Ⅲ耐蚀);50%Al2O3-50%Al配方涂层中由于含有大量的Al2O3,使得涂层孔隙最多,涂层致密性较前两种略差,属于4级耐腐蚀涂层(Ⅲ耐蚀)。  2.对30%Al2O3-70%Al涂层进行工况极其恶劣的CUI加速浸润试验发现:涂层在高温、高溶液、长时间的CUI浸润试验后,部分区域出现了典型腐蚀形貌。恒温工况和冷热交替工况下的腐蚀均随NaCl浓度升高而加重,且冷热交替工况的腐蚀较恒温工况要严重。干湿交替工况的腐蚀情况随着NaCl溶液浓度的增加而呈现先加重后减轻的规律,在0.1%NaCl浓度时腐蚀较重,整体腐蚀情况不如冷热交替工况严重。  3.通过CUI加速浸泡和浸润试验,获得典型腐蚀形貌,利用金相显微镜和扫描电镜观察分析得到,涂层在氯化钠溶液中的腐蚀属电化学腐蚀,Al2O3陶瓷相并未参与反应,腐蚀初期为氧化膜的破裂,涂层中Al逐渐开始电化学反应,腐蚀形式为整体减薄;腐蚀中期出现蚀凹,并引发剥离腐蚀,形成区域脱落减薄;在最严峻的腐蚀环境下部分区域出现全部腐蚀,使基体裸露。
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