一种金属-碳涂层复合材料及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种金属-碳涂层复合材料及其制备方法和应用，具体地，涉及一种 金属-碳涂层复合材料，一种金属-碳涂层复合材料制备方法及其制备得到的金属-碳涂 层复合材料，和一种金属-碳涂层复合材料作为耐高温腐蚀材料的应用。
【背景技术】
[0002] 在石油化工行业中，各类金属管道、储罐或反应釜均对防腐涂层及涂料存在广泛 的需求，防腐涂料在我国整个涂料市场占据超过四分之一的比例。化工行业使用的很多 设备，如石油工业的钻井管道、化学工业的热交换器及反应容器等，大都需要较高的使用温 度，且接触的化学介质种类繁多，因此对高温下涂层的耐酸碱性有较高的要求。例如稀土精 矿的氯化分解炉，需要在几百度的高温下直接通入氯气，根据生成不同氯化物沸点的差异， 制得稀土金属的氯化物，常规设备在氯气条件下由于腐蚀严重，经常需要更换。又如现在油 田稠油井采油时，需要向底层伸出灌注高温蒸汽，因此注气管道需要有良好的高温耐盐、耐 硫性能。
[0003] 目前防腐涂层的种类非常繁多，原料涉及聚烯烃、聚氨酯、环氧、酚醛、浙青、富锌、 有机硅等诸多种类，但这些涂层材料大多存在各自的缺陷。大多数有机类涂层工作温度都 较低，最高工作温度普遍低于200°c。而无机类的涂料如富锌类涂料虽然具有较好的耐候防 腐能力，但在对接触性腐蚀的防腐性能较差。少数高温防腐的涂层或金属材料，如搪玻璃涂 层、陶瓷涂层、镍基合金等，工艺复杂，造价高昂，导致成本居高不下。
[0004] CN1058606A公开了一种高温环氧煤浙青底漆、面漆及其制法。该发明将环氧浙青 漆分为底漆和面漆配合使用，在底漆中去掉煤浙青，加入氧化锌防止高温焦化，并加入硅灰 石粉，得到的涂层在持续400°C的高温中无空鼓、无脱落。该方法需要在底漆中加入氧化锌 防止高温焦化，并且难以在更高的温度下应用。
[0005] JP60195014A公开了一种基材上涂覆特定的苯环类聚合物，通过将涂料在真空下 以及超过700°C的条件下加热分解涂层，使得碳化涂层覆盖在基材上。该涂层高温下具有导 电性和非常高的硬度，其中所用的基材可以是硅、碳、铝以及碳化硅等。
[0006] JP56163054A公开了一种热固性树脂的乳液（环氧或者是酚醛）和耐热材料如锆 或者钴混合，或者加入其它种类的水溶性粘合剂如硅胶、硅酸盐等，再进行燃烧和碳化得到 用于浇铸模型的涂层，在金属熔化物的侵蚀下有较长时间的使用寿命。
[0007] JP3249173A公开了一种将Ti或Zr与酚醛、呋喃或浙青混合碳化，用作蒸发A1用 的坩埚，可以在高温下有效延长坩埚的使用寿命。
[0008] CN87106528A公开了一种金属与玻璃封接的模具和模具的制造方法，特征在于模 具的表面均匀地涂一层保护层，再经过固化和碳化处理。该方法是在氮化硅表面涂覆一层 浙青树脂，再经过固化和碳化处理，得到的模具可以在高温下不与玻璃粘接，能够用于电子 工业中金属与玻璃的封接。
[0009] 由此可见，目前还缺乏使金属材料基体在高温条件下，如450°C以上能够耐酸性或 碱性腐蚀的方法。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种金属-碳涂层复合材料及其 制备方法和应用。
[0011] 为了实现上述目的，本发明提供一种金属-碳涂层复合材料，其特征在于，所述复 合材料含有金属基体和附着于该金属基体的至少一个表面上的碳涂层。
[0012] 本发明还提供了一种金属-碳涂层复合材料的制备方法，该方法包括：（1)将软化 的浙青组合物涂覆于金属基体的至少一个表面上，并冷却至20-40°C; (2)对金属基体表面 上的浙青组合物依次进行不熔化处理、固化处理和碳化处理；其中，所述浙青组合物含有浙 青和任选的添加剂。
[0013] 本发明还提供了本发明提供的金属-碳涂层复合材料作为耐高温腐蚀材料的应 用。
[0014] 本发明提供的金属-碳涂层复合材料可以有很好的耐高温腐蚀的性能，可以在 600-900°C高温和腐蚀性环境下具有较长的使用寿命。并且形成的复合材料中金属基体和 碳涂层间有很好的结合性能。例如实施例1中，经过不熔化处理、固化处理和碳化处理，获 得的带碳涂层的不锈钢片F1可以有很好的抗剥落性能和耐高温腐蚀性能。对比例1中没 有不熔化处理，得到的D1的抗剥落性能和耐高温腐蚀性能差。
[0015] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0016] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0017] 图1为金属-碳涂层复合材料的制备过程的照片，其中，（a)为实施例1中涂覆的 浙青涂层的外观照片；(b)为对比例1制得的D1上的的碳涂层在测试例1中耐高温腐蚀测 试后的外观照片；(c)为实施例1制得的F1上的碳涂层在测试例1中耐高温腐蚀测试后的 外观照片；
[0018] 图2为涂层碳化前后的FT-IR对比图，图中显示碳化后浙青原有的C-H伸缩和弯 曲振动吸收峰消失，证明碳化后涂层主要成分为碳元素；
[0019]图3为带碳涂层的不锈钢片F1上的涂层的SEM-EDS(扫描电镜-X射线能谱仪） 照片；
[0020] 图4为带碳涂层的不锈钢片F1上的涂层的a点处的碳含量SEM-EDS分析谱图；
[0021] 图5为带碳涂层的不锈钢片F1上的涂层的b点处的碳含量SEM-EDS分析谱图。
【具体实施方式】
[0022] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0023] 本发明提供一种金属-碳涂层复合材料，其特征在于，所述复合材料含有金属基 体和附着于该金属基体的至少一个表面上的碳涂层。
[0024] 根据本发明，可以采用常规测量手段分析获得的所述复合材料上附着于所述金属 基体的表面上的涂层的组成和含量。例如以SEM-EDS分析，所述复合材料的碳涂层的碳含 量为85重量％以上；所述复合材料的碳涂层的红外光谱谱图中，在波数为2750-3000CHT1处 不存在C-H伸缩振动的峰和波数为1300-1475CHT1不存在C-H弯曲振动的峰。由此可以证 明形成的涂层为碳涂层，得到的复合材料为金属-碳涂层复合材料。
[0025] 根据本发明，在金属表面形成碳涂层的方法可以没有特别的限定，优选情况下，所 述碳涂层可以为由浙青依次经过不熔化处理、固化处理和碳化处理而制得的材料。
[0026] 根据本发明，所述金属基体的材质可以为各种已知的金属和/或合金，优选情况 下，所述金属基体的材质为不锈钢、碳钢、钛钢和铸铁中的至少一种。
[0027] 本发明还提供了一种金属-碳涂层复合材料的制备方法，该方法包括：（1)将软化 的浙青组合物涂覆于金属基体的至少一个表面上，并冷却至20-40°C; (2)对金属基体表面 上的浙青组合物依次进行不熔化处理、固化处理和碳化处理；其中，所述浙青组合物含有浙 青和任选的添加剂。
[0028] 根据本发明，优选情况下，在所述浙青组合物中，以所述浙青组合物的总重量为基 准，所述浙青的含量为50-100重量％,所述添加剂的含量为0-50重量％。
[0029] 根据本发明，所述浙青可以没有特定的限定，优选情况下，所述浙青的软化点为 60-20(TC，含碳量为80%以上；优选地，所述浙青为石油浙青、煤焦油浙青、石油渣油浙青、 PVC烘烤制浙青和中间相