基于表面成分和微观结构的防结蜡涂层研究

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雅宝题库解析：
有效防结蜡材料的开发是原油工业的难点题目之一。从文献及前期研究发现元素构成对材料防结蜡的行为具有重要影响，为此，本文设计了具有不同金属元素构成的表面并探讨其防结蜡的规律及影响机理。这一工作对于石油开采过程中防结蜡材料的开发具有非常重要的理论意义和实践意义。本文先以铜、锌和镍等纯金属材料为对象，研究了铜、锌、镍等金属元素对材料防结蜡的影响规律，又利用化学转化的方法对铜、锌、镍、2A12铝合金等金属表面进行化学转化处理，以改变材料表面的元素组成和微观结构形貌，探讨了化学转化工艺对铜、锌、镍、2A12铝合金等金属材料防结蜡性能的影响及防结蜡机制。试验发现：相对于A3钢材料来说，铜、锌、镍等单金属的质量结蜡率较小，可以在一定程度上减少蜡晶的粘附。铜经过强碱钝化和铬钝化、镍经过铬钝化、锌经过单宁酸、铬盐、钼酸盐、钴盐等溶液转化后的表面质量结蜡率相对于处理前的表面质量结蜡率都有不同程度的增加，这样不利于材料表面防结蜡效果的改善。2A12铝合金材料经磷铬酸盐、铬酸盐转化和和硫酸阳极氧化后的表面结蜡比较严重，质量结蜡率明显增加，而经过混酸阳极氧化膜和经过封孔处理的硫酸阳极氧化膜的结蜡现象较轻，质量结蜡率较小，有利于减少蜡晶在这种材料表面的粘附。        A3钢材料表面经过高温转化的表面面积防结蜡率为0~10%，经过中温转化的表面面积防结蜡率为20%~40%，而经过常温转化的表面面积防结蜡率为80%~95%，说明常温转化的表面具有优异的防结蜡特性，这可能是由于常温转化过程中生成了表面形成h相(Zn3(PO4)2(H2O)4)的比例较高，同时还是片层状微观结构，这两个就可能是在原油环境中经过常温转化的表面优先吸附了一层水膜，可以有效阻止油中蜡晶与表面的直接接触，从而抑制了蜡的粘附，使得常温转化的表面面积防结蜡率提高。         试验还发现，A3钢材料经不含锰的化学转化处理、锌经硅酸盐化学转化处理的表面，在水油混合环境中都具有特殊的亲水憎油特性，与油的接触角分别高达160°和144°，这种特性使其在含水原油中优先吸附一层水膜，从而抑制了蜡晶在转化表面的粘附，为解决原油开采过程在油管结腊提供了一种新的方法。