高純及腐蝕性氣體包裝容器的處理方法
2023-05-02 12:54:56
專利名稱：高純及腐蝕性氣體包裝容器的處理方法
技術領域：
本發明涉及氣體包裝容器的表面處理過程，具體地說是高純及腐蝕性氣體包裝容器內表面的塗覆處理方法。
背景技術：
在工業中高純及腐蝕性氣體的應用十分廣泛。特別是高純氣體，在使用中，由於高純氣體成分在容器內與容器內壁接觸時，往往引起吸附、解吸及化學反應，高純氣體的這種變化非常複雜。因此，對於高純及腐蝕性氣體在使用中的包裝和貯存變成了非常重要的問題。
在現有技術中，對於高純氣體的貯存與包裝，通常採用錳鋼或特製的壓力容器，在使用時經常出現問題。如1999年《低溫與特氣》第1期介紹了《氣體包裝容器特殊處理技術及應用》，文章認為對氣體質量要求越高就越應該對包裝容器進行嚴格的內表面處理，否則將影響氣體的質量。包裝容器對氣體質量影響的原因很複雜，如氣體組分被容器內表面的鐵鏽吸附；氣體組分溶解在殘留於容器中的水分裡或與水分起反應；各組分氣隨壓力波動，在容器內表面上產生吸脫附效應等。鑑於上述情況，國外各特氣公司對特種氣體包裝容器都採用獨特的內表面處理技術，以保證氣體的質量。
國內各特氣廠目前普遍採用充入待裝氣或氧化性氣體的方法對容器進行預處理，普通容器生產廠則在容器出廠之前採用噴丸或噴砂後磷化的辦法處理內表面，以期達到防鏽的目的。這些方法雖然解決了一些問題，但是普遍存在容器內比表面積大，對氣體吸附嚴重金屬離子含量高等問題，達不到儲存電子級高純氣體的要求。
發明內容
本發明的目的是提供一種高純及腐蝕性氣體包裝容器的處理方法，在氣體包裝容器內表面形成一層光滑的保護層，使貯存氣體與容器內壁充分隔離，保護塗層無孔隙、厚度均勻、能夠減少氣體吸附，防止金屬離子釋放等問題，用於充裝高純及耐蝕性氣體。
為了實現上述目的，本發明的技術方案是對高純及腐蝕性氣體包裝容器內表面進行除油、除鏽、磷化、噴塗、淬火等步驟，具體如下(1)除油未被汙染，無須除油，汙染則用有機溶劑丙酮清洗2～3次。
(2)除鏽在無鏽的情況下，可以不進行除鏽；如果有鏽可採用容器內表面鏽較多時先噴砂除鏽，噴砂時間為0.5～3小時，然後酸洗；內表面鏽較少時，直接酸洗；酸洗液採用重量濃度為10～20％的硫酸，在25～50℃下酸洗30～60分鐘；(3)磷化採用重量濃度為25～40％的磷化液，在60～70℃下磷化30～50分鐘。
(4)噴塗採用發明專利《氣體壓力容器內表麵粉末塗覆工藝及裝置》(申請號00122965.6)裝置進行噴塗。
1)噴塗底料聚苯硫醚和聚全氟乙丙烯按重量比2∶1～3∶1混合均勻，進行噴塗，塑化溫度290～310℃，保溫時間30～40分鐘；2)噴塗面料將聚全氟乙丙烯和Cr2O3均勻混合，其中Cr2O3加入量為聚全氟乙丙烯的3～5％，進行噴塗，塑化溫度280～300℃，保溫時間1～2小時；(5)淬火塑化後的容器用冷水急冷到100℃以下。
其中，步驟(2)所述聚全氟乙丙烯和Cr2O3可以採用球磨24～72小時。
本發明的原理利用氟樹脂具有飽和的非極性高聚物的結構特性，在分子中含有-CF2-化學鍵，鍵能高達460.55kJ/mol。由於分子的化學鍵能越高，分子就越穩定，因而氟樹脂塗層具有優異的穩定性。氟原子的共價半徑約為0.64A。氟原子排列起來可以把碳原子包圍住，遮蔽了碳原子上的正電荷，而相鄰分子氟原子的負電荷又有相持作用，導致了鏈節間內聚力極小，由於分子間極低的內聚力以及氟原子的高電負性和屏蔽效應，使氟樹脂塗層具有優異的耐高低溫性和化學惰性，由該材料製作的塗層可極大地減少氣體在容器內表面的吸附，阻止腐蝕性氣體對容器的腐蝕而產生金屬離子釋放汙染氣體，從而保證氣體的純度。
本發明的有益效果如下1.採用本發明可以在氣體包裝容器內表面形成一層光滑的保護層，使貯存氣體與容器內壁充分隔離，保護塗層無孔隙、厚度均勻、能夠減少氣體吸附、脫附，防止金屬離子釋放等問題，有效地保護基體免受充裝介質的腐蝕，保證氣體質量，可用於充裝高純及耐蝕性氣體。
2.本發明採用發明專利《氣體壓力容器內表麵粉末塗覆工藝及裝置》(申請號00122965.6)裝置進行鋼瓶內表面噴塗氟樹脂塗層，降低了塗層的成本，提高了工藝的穩定性。
3.本發明採用磷化的前處理工藝，使基體表面形成一層多孔的薄膜有利於提高塗層的附著力。
具體實施例方式
下面通過實施例進一步詳述本發明。
實施例1在40L鋼製容器內表面按如下步驟依次操作(1)除油用丙酮清洗2次。
(2)除鏽容器內表面鐵鏽較少，直接酸洗，酸洗液採用重量濃度為15％的硫酸，溫度為30℃，時間為40分鐘。
(3)磷化採用中國科學院金屬研究所生產的FGL型中溫磷化液，其重量濃度為25％，在65℃下磷化30分鐘；(4)噴塗採用發明專利《氣體壓力容器內表麵粉末塗覆工藝及裝置》(申請號00122965.6)裝置進行噴塗氟樹脂塗層。
1)噴塗底料聚苯硫醚和聚全氟乙丙烯按重量比2∶1混合均勻，進行噴塗，塑化溫度295℃，保溫時間30分鐘。
2)噴塗面料將聚全氟乙丙烯和Cr2O3採用球磨48小時，均勻混合，其中Cr2O3加入量為聚全氟乙丙烯的3％，得改性氟樹脂塗料，進行噴塗，塑化溫度285℃，保溫時間1.5小時。
(5)淬火塑化後的容器用冷水急冷到100℃以下。
採用氟樹脂塗覆方法處理的40L鋼製容器和磷化處理的鋼瓶用於充裝NF3氣體後，考核結果比較氟樹脂塗覆方法處理的40L鋼製容器中雜質含量(體積比)氣體純度＞99.5％、N2≤500ppm、O2≤300ppm、CF4≤500ppm、N2O≤50ppm、H2O≤1.0ppm、HF≤1.0ppm、CO2≤20ppm、CO≤2.0ppm。
磷化處理的鋼瓶中雜質含量(體積比)氣體純度＜99.5％、N2≤550ppm、O2≤400ppm、CF4≤560ppm、N2O≤80ppm、H2O≤1.5ppm、HF≤1.5ppm、CO2≤50ppm、CO≤4.0ppm。
實施例2在10L鋼製容器內表面按如下步驟依次操作(1)除油用有機溶劑丙酮清洗3次。
(2)除鏽容器噴砂除鏽，時間1.5小時，然後進行酸洗，酸洗液採用重量濃度為15％的硫酸，溫度為50℃，時間為40分鐘。
(3)磷化採用中國科學院金屬研究所生產的FGL型中溫磷化液，其重量濃度為30％，在60℃磷化時間為50分鐘。
(4)噴塗採用發明專利《氣體壓力容器內表麵粉末塗覆工藝及裝置》(申請號00122965.6)裝置進行噴塗氟樹脂塗層。
1)噴塗底料聚苯硫醚和聚全氟乙丙烯按重量比2∶1混合均勻，進行噴塗，塑化溫度300℃，保溫時間30分鐘。
2)噴塗面料將聚全氟乙丙烯和Cr2O3採用球磨24小時，均勻混合，其中Cr2O3加入量為聚全氟乙丙烯的4％，得改性氟樹脂塗料，進行噴塗，塑化溫度290℃，保溫時間1.5小時。
(5)淬火塑化後的容器用冷水急冷到100℃以下。
採用氟樹脂塗覆方法處理的10L鋼製容器和磷化處理的鋼瓶用於充裝HCl氣體後，考核結果比較氟樹脂塗覆方法處理的10L鋼製容器中雜質含量(體積比)氣體純度＞99.995％、O2+Ar≤5ppm、CO2≤8ppm、H2≤6ppm、N2≤10ppm、HO2≤4ppm、THC≤5ppm。
磷化處理的鋼瓶中雜質含量(體積比)氣體純度＜99.995％、O2+Ar≤6ppm、CO2≤10ppm、H2≤8ppm、N2≤15ppm、HO2≤8ppm、THC≤6ppm。
實施例3在40L鋼製容器內表面按如下步驟依次操作(1)除油用有機溶劑丙酮清洗3次。
(2)除鏽容器內表面鏽較多，先噴砂除鏽，噴砂時間為3小時，然後進行酸洗，酸洗液採用重量濃度為12％的硫酸，在40℃下酸洗50分鐘。
(3)磷化採用中國科學院金屬研究所生產的FGL型中溫磷化液，其重量濃度為35％，在70℃磷化40分鐘。
(4)噴塗採用發明專利《氣體壓力容器內表麵粉末塗覆工藝及裝置》(申請號00122965.6)裝置進行噴塗氟樹脂塗層。
噴塗底料聚苯硫醚和聚全氟乙丙烯按重量比3∶1混合均勻，進行噴塗，塑化溫度310℃，保溫時間35分鐘；噴塗面料將聚全氟乙丙烯和Cr2O3採用球磨36小時，均勻混合，其中Cr2O3加入量為聚全氟乙丙烯的5％，得改性氟樹脂塗料，進行噴塗，塑化溫度280℃，保溫時間2小時。
(5)淬火塑化後的容器用冷水急冷到100℃以下，在容器內表面形成塗層，使容器內表面光滑，且厚度均勻，減少了氣體的吸附、脫附，有效地保護基體免受充裝介質的腐蝕，保證氣體質量。
實施例4在10L鋼製容器內表面按如下步驟依次操作(1)除油用有機溶劑丙酮清洗2次。
(2)除鏽容器內表面鏽較多，先噴砂除鏽，噴砂時間為0.5小時，然後進行酸洗，酸洗液採用重量濃度為20％的硫酸，在25℃下酸洗30分鐘。
(3)磷化採用中國科學院金屬研究所生產的FGL型中溫磷化液，其重量濃度為40％，在60℃磷化40分鐘。
(4)噴塗採用發明專利《氣體壓力容器內表麵粉末塗覆工藝及裝置》(申請號00122965.6)裝置進行噴塗氟樹脂塗層。
噴塗底料聚苯硫醚和聚全氟乙丙烯按重量比3∶1混合均勻，進行噴塗，塑化溫度290℃，保溫時間40分鐘；噴塗面料將聚全氟乙丙烯和Cr2O3採用球磨72小時，均勻混合，其中Cr2O3加入量為聚全氟乙丙烯的4％，得改性氟樹脂塗料，進行噴塗，塑化溫度300℃，保溫時間1小時。
(5)淬火塑化後的容器用冷水急冷到100℃以下，在容器內表面形成塗層，使容器內表面光滑，且厚度均勻，減少了氣體的吸附、脫附，有效地保護基體免受充裝介質的腐蝕，保證氣體質量。
權利要求
1.一種高純及腐蝕性氣體包裝容器的處理方法，其特徵在於對高純及腐蝕性氣體包裝容器內表面進行磷化、噴塗、淬火，具體如下(1)磷化採用重量濃度為25～40％的磷化液，在60～70℃下磷化30～50分鐘；(2)噴塗1)噴塗底料聚苯硫醚和聚全氟乙丙烯按重量比2∶1～3∶1混合均勻，進行噴塗，塑化溫度290～310℃，保溫時間30～40分鐘；2)噴塗面料將聚全氟乙丙烯和Cr2O3均勻混合，其中Cr2O3加入量為聚全氟乙丙烯的3～5％，進行噴塗，塑化溫度280～300℃，保溫時間1～2小時；(3)淬火塑化後的容器用冷水急冷到100℃以下。
2.按照權利要求1所述高純及腐蝕性氣體包裝容器的處理方法，其特徵在於步驟(2)所述聚全氟乙丙烯和Cr2O3採用球磨24～72小時。
3.按照權利要求1所述高純及腐蝕性氣體包裝容器的處理方法，其特徵在於步驟(1)磷化之前進行除油處理，採用有機溶劑丙酮清洗2～3次。
4.按照權利要求1所述高純及腐蝕性氣體包裝容器的處理方法，其特徵在於步驟(1)磷化之前進行除鏽處理，先噴砂除鏽，噴砂時間為0.5～3小時，然後酸洗，酸洗液採用重量濃度為10～20％的硫酸，在25～50℃下酸洗30～60分鐘。
全文摘要
本發明涉及氣體包裝容器的表面處理過程，具體地說是高純及腐蝕性氣體包裝容器內表面的塗覆處理方法，具體為1)採用重量濃度為25～40％的磷化液，在60～70℃下磷化30～50分鐘；2)噴塗底料聚苯硫醚和聚全氟乙丙烯按重量比2∶1～3∶1混合均勻，進行噴塗，塑化溫度290～310℃，保溫時間30～40分鐘；噴塗面料將聚全氟乙丙烯和Cr
文檔編號C09D5/08GK1565940SQ03133449
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月13日 優先權日2003年6月13日
發明者金花子, 吳傑, 劉芳欣, 胡宗傑, 陳金生, 熊天英 申請人:中國科學院金屬研究所