一種大面積鋼體表面噴涂二氧化鈦薄膜的噴涂系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬表面噴涂形成二氧化鈦薄膜領域，具體涉及一種大面積鋼體表面噴涂二氧化鈦薄膜的噴涂系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002]石油化工儲罐采用大面積鋼材焊接，鋼材表面防腐蝕問題涉及重大的安全隱患，近些年來在我國已經(jīng)發(fā)生多起由于儲罐腐蝕泄露導致油庫、儲罐起火燃燒爆炸的重大安全事故。沿海地區(qū)的大氣中含鹽量高，空氣中含有大量的氯化物、硫酸鹽和鎂離子，可以顯著加快化學和電化學腐蝕過程。就導電率來說，沿海地區(qū)含有海水成分的潮濕空氣的導電率遠比內(nèi)陸地區(qū)含有河水、雨水成分的潮濕空氣的導電率高得多，含有海水成分的潮濕空氣是具有很大腐蝕性的天然電解質(zhì)，特別是對金屬物質(zhì)促進電化學反應非常有利，因此，沿海地區(qū)儲罐的腐蝕速度遠大于內(nèi)陸。
[0003]防止鋼材表面發(fā)生電化學腐蝕的傳統(tǒng)防腐方法一直局限于采用防腐涂層和犧牲陽極保護陰極的方法，防腐涂層存在以下問題:(I)內(nèi)表面涂層的附著力下降；(2)龜裂現(xiàn)象普遍存在；(3)電阻率普遍升高和(4)涂膜變色變軟并發(fā)生溶脹等問題。犧牲陽極保護陰極的方法不僅成本高且作用時間短ο 1995年，J.Yuan和Tsu jikawa( J.Yuan, S.Tsujikawa,Characterizat1n of so1-gel-derived Ti〇2Coatings and their photo effects oncopper substrates,J.Electrochem.Soc.(1995), 142,3444-3450.)首次報道了米用溶膠-凝膠法制備的T12薄膜在光照條件下能夠給銅合金提供長久的防腐蝕保護，并首次提出了光生陽極保護的概念。隨后，Park等人(H.Park ,K.Y.Kim, W.Choi，A novelphotoelectrochemical method of metalcorros1n prevent1n using a Ti02solarpanel,Chem.Commun.(2001)281-282.)在此概念基礎上，在實驗室的燒杯中實現(xiàn)了在幾十個平方厘米的不銹鋼表面鍍上一層致密的T12薄膜產(chǎn)生光生陽極保護的效果。然而，這種方法很難實現(xiàn)在大面積鋼材表面形成一層致密的T12光生陽極保護薄膜。根本原因在于鋼材表面形成致密的T12薄膜過程屬于異相成核過程。眾所周知，異相成核與均相成核過程存在競爭關系，為了防止均相成核過程的發(fā)生，通常選擇在異相成核過程中使前驅(qū)體的過飽和度明顯低于均相成核所需過飽和度，導致異相成核的速率非常緩慢，通常需要3至5個小時才能形成200納米厚度的薄膜，這給工程施工帶來很大的困難。實際上，為了防止均相成核過程的發(fā)生，只要能夠確保異相成核速率遠大于均相成核速率即可，也就是說，前驅(qū)體的過飽和度不必很低。為了提高異相成核速率必須增大液-固相間接觸面積，即單位體積的包覆液所覆蓋的鋼材面積越大，液膜厚度越薄，異相沉積速率則越大。因此，提高液/固相接觸面積是本發(fā)明需要解決的核心問題之一。
[0004]本發(fā)明需要解決的另一個核心問題是，由于生成的二氧化鈦前驅(qū)體料液的濃度已經(jīng)達到或接近達到均相成核所需濃度，因此，需要在很短的時間內(nèi)(小于I秒)生成這種前驅(qū)體料液，并且該料液的濃度必須分布均勻，以防止發(fā)生局部快速的均相成核過程。但是，目前還無法解決前驅(qū)體料液生成所需反應時間較長、料液不夠均勻的問題。
[0005]因此，在目前的科研和實踐中，需要研發(fā)出一種液/固相接觸面積大、反應二氧化鈦前驅(qū)體料液瞬間混合均勻并達到均相成核所需濃度、生成的二氧化鈦薄膜質(zhì)量優(yōu)異的噴涂系統(tǒng)和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供一種大面積鋼體表面噴涂二氧化鈦薄膜的噴涂系統(tǒng)和方法。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0008]—種用于大面積鋼體外表面噴涂納米二氧化鈦防腐薄膜的噴涂系統(tǒng)，其中包括:
[0009]儲料裝置A和儲料裝置B，用于分別儲存A股料液和儲存B股料液；
[0010]第一空氣壓縮裝置，與所述儲料裝置A和所述儲料裝置B連接，用于增加所述儲料裝置A和所述儲料裝置B內(nèi)的壓力；
[0011 ]連續(xù)撞擊流反應裝置，主流道入口與所述儲料裝置A的出口連接，各個支流道入口分別與所述儲料裝置B的出口連接，用于將所述A股料液和B股料液進行多尺度混合處理，以得到Ti02包覆前驅(qū)體；
[0012]氣液混合噴霧裝置，液體入口與所述連續(xù)撞擊流反應裝置的主流道出口連接，用于將所述Ti02包覆前驅(qū)體與高溫高壓空氣混合，并以氣霧的形式噴出；
[0013]鋼體加熱裝置，用于對待噴涂的鋼體表面進行加熱處理；
[0014]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括:
[0015]指示劑儲存裝置，設有加壓口和指示劑輸出口；所述加壓口與所述第一空氣壓縮裝置連接;所述指示劑輸出口與儲料裝置B的出口處管路連通;所述指示劑儲存裝置用于儲存指示劑;所述指示劑用于調(diào)節(jié)或校準所述B股料液在所述連續(xù)撞擊流反應裝置中的流量。
[0016]在上述系統(tǒng)優(yōu)選的實施方式中，所述儲料裝置A和所述儲料裝置B均設置有加熱元件，分別用于加熱所述A股料液和所述B股料液。
[0017]在上述系統(tǒng)優(yōu)選的實施方式中，所述系統(tǒng)還包括:高壓熱空氣供給裝置，出口與所述氣液混合噴霧裝置的熱空氣入口連接，用于將空氣加溫加壓，以得到所述高溫高壓空氣。
[0018]在上述系統(tǒng)優(yōu)選的實施方式中，所述高壓熱空氣供給裝置包括:
[0019]第二空氣壓縮裝置，用于將空氣進行加壓處理;和空氣加熱裝置，設置于所述第二空氣壓縮裝置出口處，用于將加壓后的空氣進行加溫處理。
[0020]本發(fā)明是通過以下另一技術方案實現(xiàn)的:
[0021]—種用于大面積鋼體外表面噴涂納米二氧化鈦防腐薄膜的方法，包括以下步驟:
[0022]鋼體升溫處理步驟:將鋼體表面進行升溫處理；
[0023]料液配制步驟:配制A股料液和B股料液；
[0024]料液預處理步驟:分別對所述A股料液和B股料液進行加熱和加壓處理，得到加熱加壓后的A股料液和B股料液；
[0025]料液多尺度混合步驟:將所述加熱加壓后的A股料液和B股料液進行多尺度混合處理，得到T12包覆前驅(qū)體；
[0026]氣液噴霧步驟:將所述T12包覆前驅(qū)體與高溫高壓氣體混合后噴射到升溫后的所述鋼體表面形成液膜，再經(jīng)反復噴涂形成T12薄膜。
[0027]在上述方法優(yōu)選的實施方式中，在所述預處理步驟中，所述A股料液和B股料液被加熱至80-120°C;所述A股料液和B股料液被加壓至0.5-lMpa;優(yōu)選地，在所述鋼體升溫處理步驟中，所述鋼體表面被升溫至80_150°C更優(yōu)選為80-120°C。
[0028]在上述方法優(yōu)選的實施方式中，所述料液配制步驟中，所述A股料液為硼酸溶液、氨水溶液或NaOH溶液，其中，所述硼酸溶液的濃度為0.03mol/L-0.12mo 1/L，所述NaOH溶液的濃度為0.04mOl/L-0.16mOl/L;所述B股料液優(yōu)選為(NH4)2TiF6溶液，濃度為0.0lmol/L-0.04mol/Lo
[0029]在上述方法優(yōu)選的實施方式中，所述料液多尺度混合步驟中，所述多尺度混合處理中，所述A股料液所產(chǎn)生的超重力場強度為150_250g;優(yōu)選地，所述料液多尺度混合步驟中，所述多尺度混合處理的時間為0.2-0.3秒;優(yōu)選地，所述料液多尺度混合步驟中，所述A股料液和所述B股料液的摩爾比為(4-5): I。
[0030]在上述方法優(yōu)選的實施方式中，所述氣液噴霧步驟中，所述高溫高壓氣體的流量為1.5-5L/s，溫度為90-150°C ；優(yōu)選地，所述高溫高壓氣體的體積流量為所述T12包覆前驅(qū)體的總體積流量的100-500倍之間，更優(yōu)選為200-300倍；優(yōu)選地，每次所述噴涂中，所述T12包覆前驅(qū)體到達所述鋼體表面的時間為0.05-0.2秒。
[0031]在上述方法優(yōu)選的實施方式中，所述氣液噴霧步驟中，所述液膜的厚度為5-20微米;優(yōu)選地，所述T12薄膜的厚度為200-500納米。
[0032]相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0033]1、因為本發(fā)明的系統(tǒng)采用連續(xù)撞擊流反應裝置，通過料液多尺度混合，所以可將二氧化鈦前驅(qū)體料液瞬間混合均勻，并達到均相成核所需濃度;之后二氧化鈦前驅(qū)體料液通過噴霧的方式在鋼材表面形成很薄的液膜，該液膜內(nèi)的二氧化鈦前驅(qū)體快速沉積到鋼材表面形成高質(zhì)量、大面積的二氧化鈦防腐薄膜。
[0034]2、因為本發(fā)明的系統(tǒng)和方法嚴格控制了生成二氧化鈦前驅(qū)體的兩種料液的加熱溫度、鋼材表面溫