碳钢超声磷化膜和涂层封孔膜在模拟干热岩地热水中的耐腐蚀性能

摘要

干热岩环境下的腐蚀问题严重制约着干热岩的有效开发和利用。本文在总结国内外解决腐蚀问题方法的基础上，提出采用环保的超声磷化工艺和表面涂层封孔技术，来改善干热岩地热水环境下碳钢基底表面的耐腐蚀性能。
　　通过扫描电镜（SEM）图像表征以及常温极化曲线测量等手段，对超声磷化工艺参数进行了考察，以确定较优的工艺参数。结果表明，超声处理能够明显降低磷化膜的晶粒大小，提高磷化膜在模拟干热岩地热水中的耐腐蚀性能；采用硫酸羟胺（HAS）、Mn2+、NO3－三种促进剂协同促进磷化时，得到的磷化膜的抗腐蚀性能最佳。pH值和磷化时间是磷化工艺两个重要参数，均需保持在较优的范围内。较优的磷化工艺条件为：磷化液组成：ZnO：12-15 g·L-1，H3PO4(85 wt.％)：50-80 g·L-1，HAS：8-10 g·L-1，NaNO3：20-30 g·L-1，Mn(NO3)2(50 wt.%)：2-4 g·L-1；pH值：2.6-2.8；超声磷化时间：30-40 min。
　　通过浸渍实验考察了磷化膜在模拟干热岩中的防腐性能。浸渍后涂层表面的SEM形貌分析表明，超声磷化膜在80C浸渍14 d后表面几乎不受腐蚀，150C下虽然腐蚀较为严重，但未见腐蚀产物的沉积。传统磷化膜和工业磷化膜在80C和150C的浸渍实验后，表面覆盖了较为致密的腐蚀产物，耐腐蚀性能远低于超声磷化膜。交流阻抗谱图显示，随着浸渍温度和腐蚀性离子Cl-浓度的不断增加，耐腐蚀性能随之降低。温度和结垢性离子的浓度同时又对膜层表面的结垢性能有一定的影响，结垢可以减缓腐蚀过程。超声磷化膜的耐腐蚀性能随着浸渍时间的延长而下降。当浸渍时间为336 h时，超声磷化膜的电荷转移电阻 Rct为36.90 k·cm2，高于碳钢的15.54 k·cm2，仍有较优的抗腐蚀能力。
　　为进一步提高耐腐蚀性能，采用溶胶凝胶二氧化硅（sol-gel SiO2）涂层技术对超声磷化膜进行了封孔处理，并通过表面分析和浸渍实验考察了耐腐蚀性能。结果表明：磷化膜经封孔后表面更为致密，粗糙度更小，接触角更大。150C浸渍实验表明：封孔磷化膜表面的腐蚀程度明显减轻，同时封孔磷化膜的渗透速度更慢，在高温浸渍14 d后，封孔磷化膜的涂层电阻Rf和电荷转移电阻Rct数值分别约为超声磷化膜的20倍和2倍，表明SiO2封孔后磷化膜的耐蚀性增强。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 课题研究背景及意义

1.2 干热岩地热水的研究现状

1.3 地热流体的腐蚀特性研究

1.4 地热防腐技术研究进展

1.5 微纳米材料防腐研究进展

1.6 本章小结

第二章 实验部分

2.1 实验材料及设备

2.2 超声磷化处理及涂层制备工艺

2.3 封孔涂层的表征方法

2.4 实验内容与步骤

2.5 本章小结

第三章 超声磷化工艺参数对磷化膜性能的影响

3.1 引言

3.2 磷化工艺参数对磷化膜耐腐蚀性能的影响

3.3 优化工艺条件下磷化膜的性能表征

3.4 本章小结

第四章 磷化膜在高温干热岩地热水的腐蚀性能研究

4.1 引言

4.2 不同温度的干热岩地热水中的浸渍实验

4.3 不同时间的干热岩地热水体系的浸渍实验

4.4不同水质的干热岩地热水体系的浸渍实验

4.5本章小结

第五章 Sol-gel SiO2封孔磷化膜的耐腐蚀性能研究

5.1 引言

5.2 SEM图像

5.3 静态接触角

5.4 粗糙度表征

5.5 高温干热岩的浸渍实验

5.6 本章小结

第六章 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

符号说明

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢