| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202410364640.4 | 申请日 | 2024-03-28 |
| 公开(公告)号 | CN118325375A | 公开(公告)日 | 2024-07-12 |
| 申请人 | 中核核电运行管理有限公司; 兰州理工大学; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 李邱达; 张维; 边春华; 汪运律; 文杰; 张宏伟; 龙鑫宇; 朱昌荣; 康伟; 胡译文; 苓亚军; 冯力; | 第一发明人 | 李邱达 |
| 权利人 | 中核核电运行管理有限公司,兰州理工大学 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 中核核电运行管理有限公司,兰州理工大学 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：浙江省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：浙江省嘉兴市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：浙江省嘉兴市海盐县秦三厂25号楼 | 邮编 | 当前专利权人邮编：314300 |
| 主IPC国际分类 | C09D5/08 | 所有IPC国际分类 | C09D5/08 ; C09D1/00 ; C09D7/61 ; C09D163/00 ; B05D7/00 ; B05D7/24 ; B05D3/02 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 核工业专利中心 | 专利代理人 | 蔡丽; |
| 摘要 | 本 发明 涉及核电技术领域，尤其涉及一种耐 海 水 冲蚀复合涂层及其制备方法。所述复合涂层，包括：高熵 合金 层以及涂刷于所述高熵合金层以上的环 氧 树脂 层。制备方法，包括以下步骤：步骤一：采用低压 冷 喷涂 法对基体进行喷涂，形成混合粉体涂层；步骤二：对所述混合粉体涂层进行感应 重熔 原位合成高熵合金涂层；步骤三：在高熵合金表面涂刷一层 环氧树脂 。本发明形成的涂层， 密封性 好，耐 腐蚀 性强，适用于核电站 海水 冷却系统。 | ||
| 权利要求 | 1.一种耐海水冲蚀复合涂层，其特征在于，包括：高熵合金层以及涂刷于所述高熵合金层以上的环氧树脂层。 |
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| 说明书全文 | 一种耐海水冲蚀复合涂层及其制备方法技术领域背景技术[0002] 涂料广泛应用于各个领域，包括核电技术、电子电器、工业涂装和船舶涂装等领域。根据目前资料的理论计算，聚乙烯涂层的使用寿命通常在8‑10年左右，而高聚物复合材料涂层的寿命则可达12‑15年。 [0003] 在实际应用中，现有涂料的使用寿命受到多种因素的影响，虽然在实际应用中起到了很大的作用，但也存在一些缺点。某些类型的涂料在长期暴露于紫外线、湿度、高温等恶劣环境条件下容易发生褪色、剥落或老化，影响涂层的耐久性。 [0004] 在电站安全厂用水系统的复杂管道中，现有涂料经过多次涂刷，厚度可达到500μm‑1mm，且由于多次涂刷会造成涂层厚度不均匀，不均匀的涂层有更多的受力点，加速涂层的剥落，现有涂料的基料使剥落的涂料连接成大块状，大块状的涂料无法随液流冲出管道外，剥落后不仅管道容易被腐蚀，而且由于复杂的管道系统导致剥落的碎片难以清理，特别是容易卡在板式换热器的换热片缝隙里，影响换热器的效率，最终影响核电站的工作效率。 [0007] 2、优异的附着力：由于冷喷涂是通过固态机械锚固实现附着，涂层与基材之间的结合强度高，具有良好的附着性能，不易剥离或脱落； [0009] 4、提供卓越的抗腐蚀和耐磨擦性能：冷喷涂涂层具有良好的密封性和致密性，能够有效阻止外界环境介质进入基材，提供卓越的抗腐蚀性能。 [0010] 冷喷涂技术愈发完善，在电站安全厂用水系统的管道内喷涂高熵合金涂层可以有效避免现有涂料出现的各种缺陷，但是冷喷涂涂层也是稍有不足，冷喷涂涂层表面可能存在微小的孔隙或气孔。这是由于喷涂物料在高速冲击下与基体结合时，部分粉末颗粒没有完全熔化或固化而形成的。孔隙的存在可能会降低涂层的密封性和机械性能。 发明内容[0011] 本发明要解决的技术问题是：提供一种耐海水冲蚀复合涂层及其制备方法，密封性能好，耐腐蚀性能强。 [0014] 在本发明的具体实施例中，所述低压冷喷涂法采用的粉末由以下质量百分比的单质粉末组成：Al粉10～15％，Fe粉8～12％，Al2O3粉10％，Mn粉3～6％，Cr粉2～5％，Cu粉余量； [0015] 所述粉末的粒径范围在20～60μm之间。 [0016] 在本发明的具体实施例中，所述环氧树脂层的厚度低于100μm。 [0017] 本发明还提供了一种耐海水冲蚀复合涂层的制备方法，包括以下步骤： [0018] 步骤一：采用低压冷喷涂法对基体进行喷涂，形成混合粉体涂层； [0019] 步骤二：对所述混合粉体涂层进行感应重熔原位合成高熵合金涂层； [0020] 步骤三：在高熵合金表面涂刷一层环氧树脂。 [0021] 在本发明的具体实施例中，所述步骤一之前，还包括预处理，具体为： [0023] 在本发明的具体实施例中，所述步骤一中，所述低压冷喷涂法为： [0024] 将金属粉末混合体机械混匀； [0026] 在本发明的具体实施例中，所述步骤二中，合成高熵合金涂层时，通过平面加热方式实施感应重熔，使用的平面薄饼线圈与工件之间的间隙应为3～4mm，加热温度控制在700～1100℃范围内，加热功率选择1.5～2.0kW，频率为175kHz，加热时间为15s。 [0027] 在本发明的具体实施例中，所述步骤三中，涂刷时的温度为10～40℃，相对湿度不大于80％。 [0028] 在本发明的具体实施例中，所述低压冷喷涂法采用的粉末由以下质量百分比的单质粉末组成：Al粉10～15％，Fe粉8～12％，Al2O3粉10％，Mn粉3～6％，Cr粉2～5％，Cu粉余量。 [0029] 与现有技术相比，本发明的耐海水冲蚀复合涂层及其制备方法，高熵合金涂层具有高温稳定性、高温抗氧化性，可以应用在极端环境中，因此应用于海水冷却系统不会出现剥落现象。高熵合金涂层表面存在微小的孔隙或气孔，通过涂刷环氧树脂涂层可以填充和密封这些空隙，提高涂层的密封性能。环氧树脂涂层厚度低于100μm，即使在海水冷却系统的管道中出现剥落情况，剥落下来的环氧树脂都是细小的碎块，会随海水冷却系统中管道内的液流排出管道，不会对管道造成堵塞。因此该复合涂层可以取代现有的涂料应用于核电站海水冷却系统。试验结果表明，本发明所述的复合涂层耐腐蚀、耐冲蚀性能强。附图说明 [0030] 图1为复合涂层截面； [0031] 图2为高熵合金涂层表面； [0032] 图3为环氧树脂涂层表面。 具体实施方式[0033] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明的实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明的限制。 [0034] 本发明的实施例公开了一种耐海水冲蚀复合涂层，包括：高熵合金层以及涂刷于所述高熵合金层以上的环氧树脂层。 [0035] 所述高熵合金层由低压冷喷涂法形成涂层后，经感应重熔原位合成。 [0036] 所述低压冷喷涂法采用的粉末由以下质量百分比的单质粉末组成：Al粉10～15％，Fe粉8～12％，Al2O3粉10％，Mn粉3～6％，Cr粉2～5％，Cu粉余量。 [0037] 所述粉末的粒径范围在20～60μm之间。 [0038] 所述高熵合金层在低压冷喷涂过程中，粉末颗粒无相变、无氧化；粉末颗粒经过剧烈的塑性变形，结合紧密。再对冷喷涂预制的混合粉体涂层进行感应重熔，进一步减少冷喷涂涂层的缺陷，涂层中元素扩散均匀，涂层的合金化反应充分，出现了明显的枝晶组织、枝晶间组织和金属化合物析出相。冷喷涂单质粉末涂层经过重熔后发生合金化反应，涂层中元素扩散均匀，形成高熵合金涂层，涂层缺陷较之冷喷涂态有所减少，涂层性能较之冷喷涂涂层大幅度提高。高熵合金涂层具有高温稳定性、高温抗氧化性,可以应用在极端环境中，因此应用于海水冷却系统不会出现剥落现象。高熵合金涂层表面存在微小的孔隙或气孔，通过涂刷环氧树脂涂层可以填充和密封这些空隙，提高涂层的密封性能。 [0039] 所述环氧树脂层的厚度低于100μm，剥落的碎片不会形成大块，而是会随着液流排除到管道之外，从而避免了管道堵塞的问题。 [0040] 本发明的实施例还公开了一种耐海水冲蚀复合涂层的制备方法，包括以下步骤： [0041] 步骤一：采用低压冷喷涂法对基体进行喷涂，形成混合粉体涂层； [0042] 所述低压冷喷涂法为： [0043] 将金属粉末混合体机械混匀；所述混匀时间优选为4～10小时； [0044] 所述金属粉末由以下质量百分比的单质粉末组成：Al粉10～15％，Fe粉8～12％，Al2O3粉10％，Mn粉3～6％，Cr粉2～5％，Cu粉余量； [0045] 粉末粒度优选为20～60μm； [0046] 进行低压冷喷涂，具体工艺参数为：使用压缩空气作为工作气体，载气温度在480～520℃范围内，载气压力为0.7MPa左右，喷涂距离保持在8～15mm，喷涂速度维持在0.4～0.6m/s； [0047] 步骤二：对所述混合粉体涂层进行感应重熔原位合成高熵合金涂层； [0048] 合成高熵合金涂层时，通过平面加热方式实施感应重熔，使用的平面薄饼线圈与工件之间的间隙应为3～4mm，加热温度控制在700～1100℃范围内，加热功率选择1.5～2.0kW，频率为175kHz，加热时间为15s； [0049] 步骤三：在高熵合金表面涂刷一层环氧树脂； [0050] 涂刷前，优选地，将高熵合金表面清理干净，用橡胶刮板由上而下进行涂刷，涂刷要均匀不能有流淌、出现气泡，树脂层要饱满； [0051] 涂刷时的温度为10～40℃，相对湿度不大于80％； [0052] 所述涂刷的环氧树脂厚度不大于100μm。 [0053] 所述步骤一之前，还包括预处理，具体为： [0054] 先将基体表面打磨粗糙，清洗干净后，选用钢砂对基体表面进行喷砂处理。 [0055] 与现有技术相比的优点在于： [0056] (1)根据目前的资料，聚乙烯涂层的使用寿命通常在8‑10年左右，而高聚物复合材料涂层的寿命则可达12‑15年。与此相比，本发明提出的高熵合金和环氧树脂复合涂层具有更长的使用寿命，至少可以达到50年。 [0057] (2)根据已有的观察和研究，现有涂料在使用约1年左右就可能会逐渐出现脱落的情况。由于涂层厚度不均匀，剥落的涂层可能以块状或长片状的形式存在，并且这些剥落物容易卡在换热器管路中，特别是板式换热器的换热片缝隙。然而，本发明提供的高熵合金‑环氧树脂复合涂层具有特殊优势，其中的高熵合金涂层不会剥落，而环氧树脂涂层的厚度低于100μm，剥落的碎片不会形成大块，而是会随着液流排除到管道之外，从而避免了管道堵塞的问题。 [0058] (3)根据试验数据和检测结果显示，通过使用本发明专利制备的高熵合金‑环氧树脂涂层，对比现有涂料，具备相当出色的耐腐蚀性能。现有的涂料中，201一道+202二道的腐2 2 蚀率平均为567.65g/m·year，PPG850的腐蚀率平均为528.81g/m·year。而高熵合金‑环 2 氧树脂复合涂层的腐蚀率平均为128.05g/m·year。其中试验所用腐蚀液均为3.5％NaCl溶液。 [0059] (4)根据试验数据和检测结果显示，通过使用本发明专利制备的高熵合金‑环氧树脂涂层，对比现有涂料，具备相当出色的耐冲蚀性能。现有的涂料中，一道201+二道202在3 30°冲蚀试验中(冲蚀体积)平均值为0.009/cm ,PPG850在30°冲蚀试验中(冲蚀体积)平均 3 值为0.040/cm 。而高熵合金‑环氧树脂复合涂层在30°冲蚀试验中(冲蚀体积)平均值为 3 0.0012/cm。 [0060] (5)通过制备高熵合金‑环氧树脂复合涂层，不仅可以克服二者自身的缺点，也能够很好的将二者优点结合起来，使其能够适应更加复杂的工作环境，满足实际工业生产需求。 [0061] 本发明的复合涂层截面如图1所示，经环氧树脂层涂覆后，表面更致密，无孔隙。 [0062] 单一的高熵合金涂层表面如图2所示，环氧树脂涂层表面如图3所示。 [0063] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的耐海水冲蚀复合涂层及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。 [0064] 实施例1 [0065] (1)预处理 [0066] 先将基体表面打磨粗糙，清洗干净后，选用钢砂对基体表面进行喷砂处理； [0067] (2)低压冷喷涂 [0068] 按照以下质量百分比，对金属粉末进行混合： [0069] Al粉12％； [0070] Fe粉10％； [0071] Al2O3粉10％； [0072] Mn粉3％； [0073] Cr粉5％； [0074] Cu粉余量； [0075] 粉末的粒径范围在20‑60μm之间，机械混合4小时至均匀； [0076] 进行低压冷喷涂时，使用压缩空气作为工作气体，载气温度在500℃范围内，载气压力为0.7MPa左右，喷涂距离保持在10mm，喷涂速度维持在0.5m/s； [0077] (3)对冷喷涂制备好的混合粉体涂层进行感应重熔原位合成高熵合金涂层； [0078] 通过平面加热方式实施感应重熔，使用的平面薄饼线圈与工件之间的间隙应3mm，加热温度控制在900℃范围内，加热功率选择1.6kW，频率为175kHz，加热时间为15s； [0079] (4)将高熵合金表面清理干净，用橡胶刮板由上而下涂刷环氧树脂； [0080] 涂刷温度为20℃，相对湿度为40％，涂刷的环氧树脂层厚度为50μm。 [0081] 对本发明制备的复合涂层进行试验测试： [0082] 下表是现有涂料高聚陶瓷修补剂涂料(201)、高聚陶瓷流体金属(202)，、高聚陶瓷苯氧漆(PPG850)和本发明给出的高熵合金‑环氧树脂复合涂层在3.5％NaCl溶液下的腐蚀率数据，结果显示高熵合金‑环氧树脂复合涂层表现出更优异的耐腐蚀性能。 [0083] 表1现有涂料和高熵合金‑环氧树脂复合涂层的腐蚀率对比 [0084] [0085] 下表是现有涂料高聚陶瓷修补剂涂料(201)、高聚陶瓷流体金属(202)，、高聚陶瓷苯氧漆(PPG850)和本发明给出的高熵合金‑环氧树脂复合涂层在30°冲蚀试验的数据，结果显示高熵合金‑环氧树脂复合涂层表现出更优异的耐冲蚀性能。 [0086] 表2现有涂料和高熵合金‑环氧树脂复合涂层的冲蚀率对比 [0087] [0088] [0089] 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。 [0090] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 |
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