一种石油管道表面的防腐绝缘耐磨处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油行业防腐绝缘技术，特别是涉及一种基于气相沉积方法的石油管 道表面的防腐绝缘耐磨处理方法。
【背景技术】
[0002] 石油行业的管路、阀门等零件由于长时间在高的硫化物、氢化物环境下工作，同时 大部分管路、阀门采用的材料为碳钢材料，所以腐蚀失效问题十分严重。为了解决这样的问 题，常用的方法是在高腐蚀环境下采用异种金属如镍基材料、奥氏体不锈钢来解决该问题， 实现防腐蚀要求及成本控制下的综合解决方案。但是异种金属间存在电位差，这种电位差 造成的介质中异种金属接触处的局部腐蚀，就是电偶腐蚀，亦称接触腐蚀或双金属腐蚀，使 电位较低的金属（阳极）溶解速度增加，电位较高的金属（阴极）溶解速度减小。这种情况广 泛的发生在管道、阀门的接口丝扣、法兰面上，造成设备的腐蚀泄露、锈死等问题，并导致腐 蚀部位的绝缘性能遭到严重破坏。
[0003] 目前解决该问题的主要手段基于三种方式：（1)、喷涂绝缘陶瓷涂层；（2)、采用绝 缘密封垫；（3)刷涂绝缘有机涂料。但是这三种技术在实际使用过程中都存在自身明显的 不足，包括厚度较大，在处理密封问题的时候要考虑尺寸的工差问题和不易进行整体工件 涂层处理，同时喷涂绝缘陶瓷涂层虽然可使喷涂涂层获得0. 1~1. Omm左右的防腐蚀绝缘涂 层，但是应用于石油管道丝扣接口等存在较大扭矩的环境下，由于较大的厚度及较低的结 合强度使得涂层容易崩落，同时由于存在一定的喷涂孔隙率，良好的绝缘性能同时需要稳 定耐有机溶剂溶解的封孔剂来实现，造成工艺的复杂和成本的提高。采用绝缘密封垫的方 式，密封可靠性差、容易出现老化、破损现象，同时不能在较高的温度下工作。刷涂绝缘有机 涂料的工艺，所采用的有机涂料存在涂层硬度不高，不能长时间经受流体冲刷，高温环境下 不能使用及容易脱层的问题。因此现有技术中，尤其是针对石油行业管道、阀门的接口丝 扣、法兰面并没有一种很好的防腐绝缘技术。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，创新的提出一种基于气相沉积技 术生产的石油管道整体表面防腐绝缘涂层技术。通过若干次创新试验，总结出一种能够在 石油管道表面，尤其是在石油管道的丝扣、法兰等表面形成致密的防腐绝缘类金刚石膜的 方法，解决了现有绝缘陶瓷涂层、绝缘密封垫、绝缘有机涂料技术不能在高温、高腐蚀环境 下长期工作的问题，通过本发明所形成的整体致密防腐绝缘保护膜层的硬度2000-3000HV， 电阻率> 2 X IO9 Ω ·_，整个沉积过程可在500°C以下进行，对沉积工件的材料力学性能能 够进行很好保留，同时由于涂层本身的厚度不大于IOym且覆盖零件整体内外表面，在石 油管道丝扣、法兰等零件上应用不需要考虑密封性能和与其它手段联合使用下稳定性的问 题，具有广阔的推广应用前景。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下： 一种石油管道表面的防腐绝缘耐磨处理方法，包括以下步骤： 步骤一、将待处理的石油管道进行表面气体渗氮处理，渗氮介质为氨气，氮化温度控制 在500~530°C，渗氮时间控制在5-8小时，渗氮处理后冷却至室温； 步骤二、将步骤一处理后的石油管道放进电解抛光池中进行表面电解抛光，以石油管 道为阳极，石墨为阴极，电解液是浓度为90%的硫酸、丙三醇、糖精和浓度为98%的磷酸的混 合溶液，其体积比为25. 0-30. 0V%:2. 5-3. 0V%:0. 5-1V%:余量，控制电流密度为35-55A/dm2， 温度保持在55-65 °C ; 步骤三、将经步骤二处理后的石油管道在超声波清洗槽中进行表面清洗，清洗溶液采 用丙酮溶液、乙醇溶液或丙酮和乙醇的混合溶液，清洗处理后的石油管道表面用非纤维编 制软布擦拭干净； 步骤四、将经步骤三处理后的石油管道悬挂于化学气相沉积设备中； 步骤五、控制步骤四中的化学气相沉积设备升温到150-200°C，并同时抽真空到 2X KT2Pa以下，然后通入氩气，控制气流量为16〇SCCm，待化学气相沉积设备内的真空 度达到1.9-2. IPa后，开启射频源，控制射频功率> 200W，同时在石油管道上施加-100V 至-200V偏压，利用电离氩离子对石油管道表面进行轰击清洗，轰击清洗时间> IOmin ; 步骤六、完成步骤五后，在所述化学气相沉积设备中通入氩气和甲烷，控制氩气的气 流量为16〇SCCm，控制甲烷的气流量为22〇-28〇SCCm，保持化学气相沉积设备内压力处于 2. 0-3. OPa，开启射频源，控制射频功率> 200W，同时在石油管道上施加-100V至-150V的偏 压，利用甲烷的高能电离、分解在石油管道表面沉积形成厚度在1-10微米间的类金刚石薄 膜，整个沉积过程控制在3小时以上； 步骤七、待步骤六沉积镀膜完成后，关闭射频源和甲烷阀门，开启调节阀继续通氩气， 待化学气相沉积设备内压强减小，温度降到室温后，关闭所有电源，关闭氩气阀门，用夹子 取出镀膜后的石油管道； 步骤八、将经步骤七取出的石油管道置于通风平面上，待降到室温后，再在石油管道表 面涂上一层均匀的机油，完成对石油管道表面的防腐绝缘耐磨处理。
[0006] 进一步的根据本发明所述的石油管道表面的防腐绝缘耐磨处理方法，其中步骤二 中的电解抛光时间控制在3-5min，且抛光后石油管道表面的粗糙度Ra > 0. 40 μ m。
[0007] 进一步的根据本发明所述的石油管道表面的防腐绝缘耐磨处理方法，其中步骤三 中的非纤维编制软布为无纺布或人造吸水布。
[0008] 进一步的根据本发明所述的石油管道表面的防腐绝缘耐磨处理方法，其中步骤四 中的化学气相沉积设备为射频辉光放电等离子体增强型化学气相沉积设备。
[0009] 进一步的根据本发明所述的石油管道表面的防腐绝缘耐磨处理方法，其中步骤五 中抽真空时，先采用机械泵抽真空到1.9-2. IPa，然后关闭机械泵，开启分子泵，继续抽真空 到2X KT2Pa以下。
[0010] 进一步的根据本发明所述的石油管道表面的防腐绝缘耐磨处理方法，其中步骤六 中通入氩气的纯度为99. 99%，通入甲烷的纯度为99. 99%。
[0011] 进一步的根据本发明所述的石油管道表面的防腐绝缘耐磨处理方法，其中步骤八 得到的石油管道表面的显微硬度达到2000HV以上，电阻率在2 X IO9 Ω ·_以上，采用铜加 速盐雾腐蚀进行测试的耐腐蚀时间在100小时以上。
[0012] 进一步的根据本发明所述的石油管道表面的防腐绝缘耐磨处理方法，其中所述的 石油管道表面为石油管道丝扣面或者石油管道法兰面。
[0013] 本发明的技术方案具有以下独创技术特色和创新技术效果： 1) 、本发明所述方案在进行气相沉积之前，创新的在石油管道丝扣、法兰等零件表面进 行渗氮处理，增加了石油管道丝扣、法兰等零件的表面硬度，减小了石油管道丝扣、法兰等 零件表面与薄膜之间的硬度梯度，能较大的提高薄膜与石油管道丝扣、法兰等零件表面的 结合性能； 2) 、本发明所述方案在石油管道丝扣、法兰等零件在进行气相沉积之前，创新的将石 油管道丝扣、法兰等零件进行电化学腐蚀抛光，提高了石油管道丝扣、法兰等零件表面粗糙 度，提高了薄膜与石油管道丝扣、法兰等零件表面的结合性能，提高了膜层表面光洁度及密 封性能； 3) 、本发明所述方案采用了最先进表面处理技术，相对于传统工艺具有更高的表面耐 腐蚀性能，可大幅度提高处理后零件在石油工作面下恶劣环境中表面的耐腐蚀性能； 4) 、本发明所述方案制备的绝缘性类金刚石薄膜，与传统的工艺相比，具有更高的表面 耐磨性能，其表面硬度在2000-3000HV，可大幅度提高处理后零件在石油工作面下恶劣环境 中表面的耐磨性能； 5) 、本发明所述方案通过化学气相沉积（CVD)方法在零件表面沉积一层薄膜，该薄膜厚 度尺寸小（l-l〇um)，无需考虑由于尺寸工差所引起的密封问题； 6) 、本发明所述方案中的薄膜为类金刚石薄膜，有较好的绝缘性（电阻率> 2X IO9 Ω ·αιι)，完全能满足石油行业中避免异种材料电位差的绝缘要求； 7) 、本发明所述方案中的薄膜为类金刚石薄膜，与零件表面结合强度高，因此能长时间 经受流体冲刷，高温环境下仍保持薄膜的完整性； 8) 、本发明所述方案完全避免了传统涂绝缘有机涂料技术带来的环境污染问题，具有 良好的环保性； 9) 、本发明所述方案制备的石油管道表面防腐绝缘涂层相对传统的喷涂绝缘陶瓷涂层 技术、采用绝缘密封垫以及刷涂绝缘有机涂料技术，具有更高的稳定性能及表面耐腐蚀性 能，并具有优异的抗老化性、抗冲击性、抗弯曲性能，且不易破碎，具有更好的工艺适用性， 并在大幅提高零件表面性能的前提下兼顾了良好的经济适用性，在石油管道丝扣、法兰等 零件表面耐腐蚀绝缘处理中具有广阔的市场推广前景。
【具体实施方式】
[0014] 以下对本发明的技术方案进行详细的描述，以使本领域技术人员能够更加清楚的 理解本发明，但并不因此限制本发明的保护范围。
[0015] 本发明