一种防腐玻璃涂层、制备方法及应用

1.本发明属于用于海洋环境下的金属管道防腐涂层技术领域，尤其是涉及一种防腐玻璃涂层制备方法及应用。


背景技术：

2.海底管道一旦发生腐蚀穿孔导致油气泄漏，很难进行维修，并会造成严重的生态灾难和经济损失。因此，海底管道亟需进行腐蚀防护。
3.涂层作为电解质渗透的物理屏障是最有效的缓蚀方法之一。涂层有几个优点。首先，内部涂层可以防止流体或气体与管道金属相互作用和反应。其次，涂层钢管道减少了微生物沉积和细菌生物膜的形成，有助于屏蔽细菌。最后，内部涂层可以减少长距离管道的压强，从而减少输送石油和天然气所需的电力。在雷诺数为1
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107时，涂层管道的压强比无涂层管道的压强小35%。目前，两组分溶剂型环氧涂料、无溶剂和熔融结合涂料以及聚酰胺涂料广泛应用于原油和天然气管道。这些涂层与钢基体结合较弱，容易发生涂层下金属腐蚀。因此开发一种高粘结强度的表面光滑且拥有高抗腐蚀性能的涂层成为急需解决的问题。


技术实现要素：

4.基于上述问题，本技术本发明提供了一种高粘结强度，低厚度，表面光滑的抗污损防腐涂层及制备方法。
5.一种防腐玻璃涂层，包括以下按重量计的组分：硅质氧化物10-15份，黏土24-29份，电解质粉2-7份。
6.优选的，所述的硅质氧化物为二氧化硅与硅酸钙、硅酸钠、氧化钙中的一种或两种或三种的组合。
7.优选的，所述的电解质粉为碳酸钠、硅酸钠、硝酸钠中的一种或两种或三种的组合。
8.一种防腐玻璃涂层制备方法，包括以下步骤：1）制备涂层粉料：将硅质氧化物，黏土，电解质粉，研磨并过150-300目筛，然后混合搅拌；2）制备涂层浆料：将10-20份涂层粉料与20-40份去离子水混合搅拌得到；3）涂层初步烘干：将涂层浆料喷涂在金属管道内壁上，在140-150摄氏度烘干，将涂层内水分去除后；4）涂层烧结固化：将步骤3）烘干的带有涂层金属管道放置在715-815摄氏度的高温炉中烧结，烧结结束后迅速冷却至室温，此时金属管道上形成玻璃涂层。
9.优选的：所述的硅质氧化物为二氧化硅与硅酸钙、硅酸钠、氧化钙中的一种或两种或三种的组合。
10.优选的：所述的电解质粉为碳酸钠、硅酸钠、硝酸钠中的一种或两种或三种的组
合。
[0011] 一种防腐玻璃涂层的应用，在制备过程中，将权利要求4中玻璃涂层涂覆在海底输送油气的金属管道内壁，在140-150摄氏度烘干，将涂层内水分去除后，放置在715-815摄氏度的高温炉中烧结，烧结结束后迅速冷却至室温，此时在海底输送油气钢的金属管道内壁上形成玻璃涂层；所述玻璃涂层的厚度为200-230 μm。
[0012]
优选的：所述玻璃涂层与海底输送油气的金属管道内壁粘接强度为15-18 mpa。
[0013]
与现有技术相比，本技术有益效果如下：（1）粘结强度高，本发明防腐玻璃涂层与油气钢管内壁的粘结强度可达到16mpa以上；（2）防腐蚀效果好，带涂层的金属管道试件在质量分数为3.5%的氯化钠溶液中浸泡3个月后，使用扫描电子显微镜观察，涂层表面没有腐蚀点和腐蚀坑；（3）疏水性能好，使用扫描电子显微镜观察，涂层粗糙度仅为0.85微米；（4）适用于管道内壁，涂层厚度仅为200-230微米，可有效提高管道输送油气的流量；（5）抗腐蚀性能好，电荷转移电阻数量级为109，双电层有效电容数量级为10-8
，较高的电荷转移电阻和较低的双电层有效电容均表明本发明涂层抗侵蚀性能较优；（6）表面光滑易清洁，不易产生微生物附着；（7）涂层与管道金属基体在过渡区发生了化学反应，铁凸起并嵌入涂层内部，因此涂层与管道的粘结强度远高于有机涂层, 并且不会发生有机涂层-钢界面常见的分层剥离现象。
附图说明
[0014]
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
[0015]
图1为实施例1涂层的宏观图片。
[0016]
图2本发明涂层在扫描电镜下的表面构造图（2500倍）。
[0017]
图3本发明涂层在扫描电镜下的表面构造图（250倍）。
[0018]
图4为实施例2涂层的宏观图片。
[0019]
图5为实施例3涂层的宏观图片。
具体实施方式
[0020]
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0021]
实施例1
[0022]
一种防腐玻璃涂层，原料包括以下按重量计的组分：硅质氧化物1000克，黏土2300克，电解质粉300克，其中所述的硅质氧化物，黏土，电解质粉过200目筛。所述的硅质氧化物为二氧化硅与硅酸钙，硅酸钠，氧化钙中的一种或两种或三种的组合。
[0023]
一种防腐玻璃涂层的制备方法，包括以下步骤：
18mpa。
[0029]
对比实施例1一种有机防腐涂层，原料包括以下按重量计的组分：环氧树脂1000克，将环氧树脂直接涂刷在金属管道试件表面，然后在空气中干燥3天，即可在金属管道试件表面得到涂层。
[0030]
对比实施例2一种有机防腐涂层，原料包括以下按重量计的组分：环氧树脂1300克，将环氧树脂直接涂刷在金属管道试件表面，然后在空气中干燥3天，即可在金属管道试件表面得到涂层。
[0031]
对比实施例3一种有机防腐涂层，原料包括以下按重量计的组分：环氧树脂1600克，将环氧树脂直接涂刷在金属管道试件表面，然后在空气中干燥3天，即可在金属管道试件表面得到涂层。
[0032]
为了验证本发明的高粘结度的抗污损防腐玻璃涂层的效果，分别进行粘结度测试、厚度测试、抗腐蚀测试与抗盐雾侵蚀试验。
[0033]
（1）粘结强度测试针对本发明的实施例1-3和对比实施例1-3进行粘结强度测试。试验方法参照astm d4541-09，使用 positest 探头测试涂层与金属管道试件之间的粘结强度。各实施例粘结强度如表1所示。
[0034]
表1：粘结强度
实施例1实施例2实施例3对比实施例1对比实施例2对比实施例3粘结强度（mpa）16.8516.9316.798.028.078.16
从表1可以看出，实施例1-3的粘结强度普遍高于对比实施例，实施例粘结强度平均值达到了16.86mpa，对比实施例平均粘结强度为8.08mpa，实施例平均粘结强度相较于对比实施例提高了108.7%。这主要是由于高温熔融情况下，硅质氧化物中铬、镍、钼等重金属与管道基体铁碳之间发生了化学反应，并生成了铁合金，强化了两者之间的粘结强度。同时，如图2所示，金属基板表面生成凸起的锚点，锚点与硅质氧化物交接，这种粘结效果进一步优化了硅质氧化物与金属管道试件之间的空间结构，降低了界面过渡区的孔隙率，提高了粘结强度。因此本发明涂层与金属管道试件之间的粘结强度显著高于对比实施例。
[0035]
（2）厚度测试针对本发明的实施例1-3和对比实施例1-3进行厚度测试，使用涂层厚度计minitest 6008测量每个涂层的厚度，各涂层厚度如表2所示。
[0036]
表2：涂层厚度
实施例1实施例2实施例3对比实施例1对比实施例2对比实施例3涂层厚度（微米）230231219289296276
从表2可以看出实施例1-3的厚度普遍低于对比实施例，实施例的平均厚度为226.7微米，对比实施例平均厚度为396微米，实施例的平均厚度相较于对比实施例下降了42.8%，这主要是由于电解质粉可以破坏熔融状态下硅质氧化物的空间结构，这不仅可以降低硅质氧化物的熔点，降低制备成本，并且可以降低高温环境中硅质氧化物的粘度，提高硅
质氧化物的流动性，使硅质氧化物可以均匀覆盖在金属管道试件的表面，不会出现局部结块等现象。如图3所示，250倍电子显微镜下观察可以看出，本发明涂层均匀覆盖金属管道试件表面且较低的表面粗糙度可以有效提高油气传输效率。
[0037]
（3）抗腐蚀性能测试针对本发明的实施例1-3和对比实施例1-3进行抗腐蚀性能测试，将实施例1-3和对比实施例1-3在质量分数为3.5%的氯化钠溶液中浸泡3个月，然后记录实施例和对比实施例的电化学阻抗谱参数。
[0038]
表3：携带玻璃涂层的金属管道试件的电化学参数（ω
·
cm2）
实施例1实施例2实施例3对比实施例1对比实施例2对比实施例3电荷转移电阻1.73
×
1092.19
×
1091.27
×
1092.24
×
1072.37
×
1072.91
×
107双电层有效电容3.24
×
10-8
1.13
×
10-9
1.37
×
10-9
8.38
×
10-7
6.34
×
10-8
8.49
×
10-7
电荷转移电阻表征电子在金属表面转移的难易程度，能够直接反应金属管道抵抗腐蚀的能力。从表3可以看出，实施例中电荷转移电阻数量级均为109，而对比实施例中，电荷转移电阻数量级仅为107，本发明涂层与金属管道试件间的电荷转移电阻明显提升，表明金属管道试件的抗腐蚀能力提升。
[0039]
双电层电容同样反应了电荷转移的难易程度，双电层电容越小，电荷转移越困难。从表3可以看出，实施例中双电层有效电容数量级为10-9
至10-8
，对比实施例中双电层电容数量级为10-8
至10-7
，可以看出，本发明涂层与金属管道试件间的双电层电容显著降低，表明金属管道试件的抗腐蚀能力提升。

技术特征：
1.一种防腐玻璃涂层，其特征在于，包括以下按重量计的组分：硅质氧化物10-15份，黏土24-29份，电解质粉2-7。2.根据权利要求1所述的一种防腐玻璃涂层，其特征在于，所述的硅质氧化物为二氧化硅与硅酸钙、硅酸钠、氧化钙中的一种或两种或三种的组合。3.根据权利要求1所述的一种防腐玻璃涂层，其特征在于，所述的电解质粉为碳酸钠、硅酸钠、硝酸钠中的一种或两种或三种的组合。4.一种防腐玻璃涂层制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）制备涂层粉料：将硅质氧化物，黏土，电解质粉，研磨并过150-300目筛，然后混合搅拌；2）制备涂层浆料：将10-20份涂层粉料与20-40份去离子水混合搅拌得到；3）涂层初步烘干：将涂层浆料喷涂在金属管道内壁上，在140-150摄氏度烘干，将涂层内水分去除；4）涂层烧结固化：将步骤3）烘干的带有涂层金属管道放置在715-815摄氏度的高温炉中烧结，烧结结束后迅速冷却至室温，此时金属管道上形成玻璃涂层。5.根据权利要求3所述的一种防腐玻璃涂层制备方法，其特征在于：所述的硅质氧化物为二氧化硅与硅酸钙、硅酸钠、氧化钙中的一种或两种或三种的组合。6.根据权利要求3所述的一种防腐玻璃涂层制备方法，其特征在于：所述的电解质粉为碳酸钠、硅酸钠、硝酸钠中的一种或两种或三种的组合。7.一种防腐玻璃涂层的应用，其特征在于：在制备过程中，将权利要求4中玻璃涂层涂覆在海底输送油气的金属管道内壁，在140-150摄氏度烘干，将涂层内水分去除后，放置在715-815摄氏度的高温炉中烧结，烧结结束后迅速冷却至室温，在海底输送油气钢的金属管道内壁上形成玻璃涂层；所述玻璃涂层的厚度为200-230 μm。8.根据权利要求7所述的一种防腐玻璃涂层的应用，其特征在于：所述玻璃涂层与海底输送油气的金属管道内壁粘接强度为15-18 mpa。

技术总结
本发明属于用于海洋环境下的金属管道防腐涂层技术领域，尤其是涉及一种防腐玻璃涂层、制备方法及应用，包括以下按重量计的组分：硅质氧化物10-15份，黏土24-29份，电解质粉2-7份。其优点在于，成本低廉且与金属内壁粘结强度高，适用于提高海底输送油气的钢管道内壁等区域的疏水防污与抗腐蚀能力。涂层光滑易清洁，可实现防止微生物污损，克服有机涂层分层剥离和易老化的问题，并提高了海底管道输送油气的效率。气的效率。气的效率。


技术研发人员：樊亮 樊祺 孙丛涛 段继周
受保护的技术使用者：中国科学院海洋研究所
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/21