制备钢管陶瓷内衬涂层的静态-离心复合法制造技术

本发明专利技术涉及一种制备钢管陶瓷内衬涂层的静态-离心复合法，制备的钢管主要应用于冶金、矿山、化工和能源等领域。所述方法包括以下工艺步骤：将钢管竖置，管内填满铝热焊剂和点火剂，钢管下部放入起定位作用的滚动轴承内，钢管底部用石棉垫堵住，钢管上部夹于台钻上，钢管转动力矩由台钻提供；采用电阻式加热圈预热钢管，钢管预热后，点燃管内的点火剂，打开台钻开关，使钢管旋转，钢管旋转中，被点燃的点火剂再引燃铝热焊剂，使其在管内按式2Al+Fe2O3=2Fe+Al2O3+836kJ发生铝热反应，铝热反应产物在重力和离心作用下粘于管壁，完成钢管陶瓷内衬涂层的制备。采用本发明专利技术方法制备的陶瓷涂层呈梯度结构，过渡层较厚，涂层热震性好，陶瓷涂层致密度高，涂层沿壁厚分布均匀，表面质量好。

Static centrifugal composite method for preparation of ceramic lined steel pipe

The invention relates to a static centrifugal composite method for preparing a ceramic lining coating of a steel pipe. The steel pipe is mainly used in metallurgy, mining, chemical and energy fields. The method comprises the following steps: the steel tube is vertical tube filled with aluminum heat flux and igniter, lower steel into a rolling bearing positioning function, the bottom of steel pipe with cotton pad block, steel pipe clamp in upper bench drill, drill pipe rotation torque by using a resistive heating coil; preheating pipe, steel pipe after preheating, ignition agent pipe, drill open switch, the rotation of the steel tube, steel pipe rotation, igniter ignited re-ignition aluminum heat flux, the tube type 2Al+Fe2O3=2Fe+Al2O3+836kJ aluminum thermal reaction, aluminum thermal reaction products under the action of gravity and centrifugal stick on the wall, complete ceramic pipe lining coating preparation. The ceramic coating prepared by the method of the invention has a gradient structure, the transition layer is thicker, the coating has good thermal shock resistance, the ceramic coating has high density, and the coating is uniformly distributed along the wall thickness, and the surface quality is good.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在钢管内表面制备钢管陶瓷内衬涂层的方法。制备的钢管主要应用于冶金、矿山、化工和能源等领域。属自蔓延涂层

技术介绍
冶金、矿山、化工和能源等许多部门，需要大量的耐磨、耐蚀和耐热管道材料。虽然高温合金管、铸石管和陶瓷管在上述领域已广泛使用，但同时能满足耐磨损、耐冲击、耐腐蚀和耐高温要求的管道材料仍是亟待解决的重大课题。传统方法是用等离子喷涂、机械镶嵌等制造陶瓷内衬钢管，由于质量、成本、工艺等方面的原因，很难实现批量生产。自蔓延高温合成技术的出现为长尺寸陶瓷内衬管的生产提供了崭新的途径。目前，在钢管内表面制备陶瓷内衬涂层的自蔓延法有静态自蔓延法和离心自蔓延法。离心自蔓延法的优点是涂层致密，表面质量好，涂层沿内壁厚度分布均勻。缺点是表层陶瓷与钢基体之间的过渡层很小，涂层的热震性较差。静态自蔓延法的优点是制备的陶瓷涂层呈梯度结构，过渡层较厚， 热震性较好，缺点是涂层致密度较低。这就使得制备的陶瓷内衬管在实际应用中受到了很大的限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述静态自蔓延法制备的涂层致密性较差以及离心自蔓延的陶瓷涂层与基体间过渡层薄、结合强度不高的缺点，提供一种集以上两种方法优点于一体的制备钢管陶瓷内衬涂层的静态-离心复合法。本专利技术的目的是这样实现的一种制备钢管陶瓷内衬涂层的静态-离心复合法， 所述方法包括以下工艺步骤将钢管竖置，管内填满铝热焊剂和点火剂，钢管下部放入起定位作用的滚动轴承内，钢管底部用石棉垫堵住，钢管上部夹于台钻上，钢管转动力矩由台钻提供；采用电阻式加热圈预热钢管，钢管预热后，点燃管内的点火剂，打开台钻开关，使钢管旋转，钢管旋转中，被点燃的点火剂再引燃铝热焊剂，使其在管内按式2Al+Fe203=2Fe+ A1A+836 kj发生铝热反应，铝热反应产物在重力和离心作用下粘于管壁，完成钢管陶瓷内衬涂层的制备。由于是放热反应，反应可自行维持，绝热温度高达34^°C，且钢管预热温度高，自蔓延速度快。几乎在整个钢管内同时发生反应，造成剧烈的体积膨胀， 钢管即刻处于红热状态。在胀爆力的作用下，生成的熔融产物Al2O3*!^被甩向管壁。由于狗和々1203比重不同，在运动过程中，比重大的狗向外运动的加速度大，故主要分布于涂层内层，而比重小的Al2O3则主要分布于表层，过渡层中含有-Fe,同时还含有一定量的Al2O315由于具有这种梯度结构，使涂层与基体的热膨胀协调性良好。反应产物Al2O3和铁处于熔融状态，在重力和离心力的共同作用下，由于各自的密度不同而相互分离。铁的密度比Al2O3密度大，在重力的作用下，铁向下流动，同时在离心力的作用下被甩向侧壁，涂敷在内壁上。在重力的作用下，A I2O3浮在铁的上层，在离心力的作用下，被均勻的甩附在管内壁的铁层上。铁和Al2O3较为明显的产生分层，并且随着台钻的转速增大而分层越来越明显，涂层的厚度整体比较均勻。保留了静态法涂层的梯度结构外层为近乎纯Al2O3陶瓷层，组织形态为柱状；过渡层为Al2O3+Λ 两相呈柱状交替分布；涂层与基体之间相的过渡形式是Al2O3 — Al2O3+ "Fe — Fe基体。这种形式使得涂层与基体之间结合强度较高。本专利技术的有益效果是本专利技术方法兼具静态自蔓延法和离心自蔓延法制备钢管陶瓷内衬涂层的优点，制备的陶瓷涂层呈梯度结构，过渡层较厚，涂层热震性好，陶瓷涂层致密度高，涂层沿壁厚分布均勻，表面质量好。可有效地防止钢管内壁的腐蚀和磨损。采用该专利技术制造的钢管陶瓷内衬涂层，能满足耐磨蚀和耐高温等要求。可应用于冶金、矿山、化工和能源等领域。附图说明图1为本专利技术方法所用的涂层工装结构简图。图中附图标记点火剂1、铝热焊剂2、电阻式加热圈3、热电偶4、钢管5、滚动轴承6、下保温盖7、石棉垫8、支架9、上保温盖10、小孔11、细钢柱12。具体实施例方式本专利技术涉及一种制备钢管陶瓷内衬涂层的静态-离心复合法，其涂层工装结构简图如图1所示。所述方法包括以下工艺步骤将钢管内表面除锈，外表面涂石墨；将制作好的钢管作为试件，试件尺寸φ 10 X 1.5 X 200mm。将钢管竖置，钢管下部放入起定位作用的滚动轴承6内，转动力矩由台钻提供，试件底部用3mm厚的石棉垫8堵住。从钢管顶端的小孔往管内填充铝热焊剂粉末2，并使铝热焊剂粉末填充严实。所述铝热焊剂由Al粉和!^e2O3 粉按化学计量配比混合成。其中，Al粉纯度为97%，粒度200目，！^e2O3粉粒度70目，工业纯。管内焊剂高度达到距小孔5mm，然后加入TiC粉末作为点火剂l，TiC粉末为Ti与C粉的混合物。点火剂量达到与小孔11平齐。小孔用石棉布堵上。将装好铝热焊剂和点火剂的试件，放入电阻式加热圈3内，电阻式加热圈3用支架9固定在台钻的下方，试件通过其顶端焊接的细钢柱12夹在台钻上。电阻式加热圈的顶部和底部分别用上保温盖10和下保温盖7盖上，用以保温，减少热量散失，加温时可使炉内各处温度保持一致。热电偶4插入电阻式加热圈外部设置的小孔内。给电阻式加热圈通电预热试件。当热电偶测量温度达到 750°C后，断开预热电源，停止加热。取下电阻式加热圈顶部和底部保温的上保温盖10和下保温盖7。拔掉试件顶端堵小孔的石棉布，用打火机点燃TiC粉末，同时打开台钻开关，使试件旋转。试件旋转中，被点燃的点火剂再引燃铝热焊剂，使其在管内按式2Al+Fe203=2Fe+ A1A+836 kj发生铝热反应，铝热反应产物在重力和离心作用下粘于管壁，完成钢管陶瓷内衬涂层的制备。权利要求1. 一种制备钢管陶瓷内衬涂层的静态-离心复合法，其特征在于所述方法包括以下工艺步骤将钢管竖置，管内填满铝热焊剂和点火剂，钢管下部放入起定位作用的滚动轴承内，钢管底部用石棉垫堵住，钢管上部夹于台钻上，钢管转动力矩由台钻提供；采用电阻式加热圈预热钢管，钢管预热后，点燃管内的点火剂，打开台钻开关，使钢管旋转，钢管旋转中，被点燃的点火剂再引燃铝热焊剂，使其在管内按式2A1+Fe203=2!^+ Al203+836 kj发生铝热反应，铝热反应产物在重力和离心作用下粘于管壁，完成钢管陶瓷内衬涂层的制备。全文摘要本专利技术涉及一种制备钢管陶瓷内衬涂层的静态-离心复合法，制备的钢管主要应用于冶金、矿山、化工和能源等领域。所述方法包括以下工艺步骤将钢管竖置，管内填满铝热焊剂和点火剂，钢管下部放入起定位作用的滚动轴承内，钢管底部用石棉垫堵住，钢管上部夹于台钻上，钢管转动力矩由台钻提供；采用电阻式加热圈预热钢管，钢管预热后，点燃管内的点火剂，打开台钻开关，使钢管旋转，钢管旋转中，被点燃的点火剂再引燃铝热焊剂，使其在管内按式2Al+Fe2O3=2Fe+Al2O3+836kJ发生铝热反应，铝热反应产物在重力和离心作用下粘于管壁，完成钢管陶瓷内衬涂层的制备。采用本专利技术方法制备的陶瓷涂层呈梯度结构，过渡层较厚，涂层热震性好，陶瓷涂层致密度高，涂层沿壁厚分布均匀，表面质量好。文档编号C04B37/02GK102161595SQ20111003725公开日2011年8月24日 申请日期2011年2月14日 优先权日2011年2月14日专利技术者何亦栋, 吴功元, 朱磊, 李吉峰, 李斯伟, 谭佃龙, 陈威 申请人:江阴东大新材料研究院本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　一种制备钢管陶瓷内衬涂层的静态－离心复合法，其特征在于：所述方法包括以下工艺步骤：将钢管竖置，管内填满铝热焊剂和点火剂，钢管下部放入起定位作用的滚动轴承内，钢管底部用石棉垫堵住，钢管上部夹于台钻上，钢管转动力矩由台钻提供；采用电阻式加热圈预热钢管，钢管预热后，点燃管内的点火剂，打开台钻开关，使钢管旋转，钢管旋转中，被点燃的点火剂再引燃铝热焊剂，使其在管内按式２Ａｌ＋Ｆｅ２Ｏ３＝２Ｆｅ＋　Ａｌ２Ｏ３＋８３６　ｋＪ发生铝热反应，铝热反应产物在重力和离心作用下粘于管壁，完成钢管陶瓷内衬涂层的制备。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈威，朱磊，谭佃龙，李吉峰，吴功元，何亦栋，李斯伟，
申请(专利权)人：江阴东大新材料研究院，
类型：发明
国别省市：32