一种新型防止乙烯裂解管渗碳的复合陶瓷涂层及其制备方法与流程

本发明涉及材料科学与工程，特别涉及一种新型防止乙烯裂解管渗碳的复合陶瓷涂层及其制备方法。

背景技术：

1、乙烯是石油化工行业中最重要的原料之一，其广泛应用于塑料、橡胶、纺织品、化学品等领域。乙烯的生产主要通过石油裂化管来实现的，裂解过程发生在高温下，其中的碳元素会吸附到裂解炉的内壁，导致金属管内壁出现碳化物的析出。随着时间和温度的增加，碳的浓度会逐渐增高，从而导致内壁金属的体积膨胀和应力增加。

2、裂解管的内壁金属主要由fe、cr、ni等元素组成，其中含有较多的cr元素。在工作环境中，cr元素会与氧气反应生成cr2o3，这种氧化物对c的扩散具有阻碍作用。然而，在高温环境下，炉内碳活性较大，氧气分压无法维持cr2o3的稳定性，从而破坏了内壁表面的氧化膜，使得裂解炉内壁继续受到破坏和结焦，随着使用时间的增长，裂解炉内温度不断升高，最终会导致炉体的损坏。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种新型防止乙烯裂解管渗碳的复合陶瓷涂层及其制备方法，可以填补有机物裂解产生的孔隙，生成具有自愈合性能、优良力学性能和化学性能的复合陶瓷涂层，使其在这种涂层的作用下，可以有效的减少裂解管的结焦量，从而进一步的提高裂解管的使用寿命。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案：

3、一种新型防止乙烯裂解管渗碳的复合陶瓷涂层，其特征在于，包括乙烯裂解管和熔覆在裂解管内壁的复合硬质相陶瓷涂层；

4、所述复合硬质相陶瓷涂层由前驱体材料溶液和活性填料粉体组成，其中，前驱体材料溶液为聚硅氮烷，活性填料粉体为al，所述聚硅氮烷占比为60～80wt％，所述al占比为20～40wt％。

5、根据一些实施例，所述聚硅氮烷占比为60wt％，al占比为40wt％。

6、根据一些实施例，所述聚硅氮烷溶液呈白色粘稠状，粘度为50pa.s；

7、所述al粉体直径为50-130目。

8、一种新型防止乙烯裂解管渗碳复合陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9、步骤1：溶液制备与混合：

10、搅拌混合前驱体材料溶液和活性填料粉体，得到混合液体；

11、步骤2：涂层激光熔覆：

12、2.1：清洁并干燥乙烯裂解管；

13、2.2：喷涂步骤1中所得混合液体至乙烯裂解管上；

14、2.3：以激光作为能量源，且在氮气氛围下进行激光烧结，制备得到复合硬质相陶瓷涂层。

15、根据一些实施例，所述步骤1中的混合液体通过采用超声波电动搅拌机搅拌混合所得，搅拌混合时长为20-30min。

16、根据一些实施例，所述步骤2中的乙烯裂解管使用丙酮溶液进行清洗，清洗时长为30min，干燥时长为30min。

17、根据一些实施例，乙烯裂解管的表面粗糙度为0.8-1.5ra。

18、根据一些实施例，所述步骤2中的激光功率为600-1000w，扫描速度为1000mm/min，以s型进行扫描。

19、根据一些实施例，所述步骤2中的氮气流量为25kg.f.cm-2。

技术特征：

1.一种新型防止乙烯裂解管渗碳的复合陶瓷涂层，其特征在于，包括乙烯裂解管和熔覆在裂解管内壁的复合硬质相陶瓷涂层；

2.根据权利要求1所述的一种新型防止乙烯裂解管渗碳的复合陶瓷涂层及其制备方法，其特征在于，所述聚硅氮烷占比为60wt％，al占比为40wt％。

3.根据权利要求2所述的一种新型防止乙烯裂解管渗碳的复合陶瓷涂层，其特征在于，所述聚硅氮烷溶液呈白色粘稠状，粘度为50pa.s；

4.一种新型防止乙烯裂解管渗碳复合陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种新型防止乙烯裂解管渗碳复合陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的混合液体通过采用超声波电动搅拌机搅拌混合所得，搅拌混合时长为20-30min。

6.根据权利要求4所述的一种新型防止乙烯裂解管渗碳复合陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的乙烯裂解管使用丙酮溶液进行清洗，清洗时长为30min，干燥时长为30min。

7.根据权利要求6所述的一种新型防止乙烯裂解管渗碳复合陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，乙烯裂解管的表面粗糙度为0.8-1.5ra。

8.根据权利要求4所述的一种新型防止乙烯裂解管渗碳复合陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的激光功率为600-1000w，扫描速度为1000mm/min，以s型进行扫描。

9.根据权利要求4所述的一种新型防止乙烯裂解管渗碳复合陶瓷涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的氮气流量为25kg.f.cm-2。

技术总结
本发明公开了一种新型防止乙烯裂解管渗碳的复合陶瓷涂层及其制备方法，属于材料科学与工程技术领域，通过在激光烧结的作用下，使得聚硅氮烷与Al混合液裂解自愈合生成致密的SiO<subgt;2</subgt;、SiC和SiCN以及SiCNO组合形成复合硬质相陶瓷膜，复合硬质相陶瓷涂层可以在烧结乙烯裂解管中填补有机物裂解产生的孔隙，修复乙烯裂解管表面的损伤，有效防止乙烯裂解管出现渗碳的现象，减少结焦量，从而延长裂解管的使用寿命，同时也能够增强乙烯裂解管的结构强度和稳定性。

技术研发人员：刘卫东,陈旭,陈江,张利超
受保护的技术使用者：上海天瑞仅博复合管有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21