[發明專利]一種SHS超聲乳化離心法制備鋼管內表面涂層的方法

在審

• 申請號: 201410233524.5
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN104046978A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 仲玥;高拯
• 申請（專利權）人: 仲玥
• 主分類號: C23C24/00
• 分類號: C23C24/00
• 代理公司: 北京連和連知識產權代理有限公司 11278
• 代理人: 李海燕

技術領域

本發明提供一種通過超聲波乳化及低速離心法控制SHS（自蔓延高溫合成）反應，在鋼管內表面制備復合涂層的方法，屬于表面涂層技術領域。

背景技術

????國防和民用工業生產中，經常用管道輸送高溫、腐蝕、磨損性強的介質，這時就要求管道內壁具有優良的耐高溫、耐磨損和耐腐蝕性等。在鋼管內表面制備特殊性能涂層，比用整體材料制造管材可大幅度降低成本。目前涂層內襯鋼管制備方法已經比較成熟的主要有：套構法，離心燒注法，雙金屬離心燒注法，復合材料焊接法，SHS離心法和靜態SHS法等；陶瓷材料因為具有較好的耐腐蝕、耐磨損和耐高溫性能，是較為廣泛使用的內襯材料。耐磨陶瓷管道主要包括點焊裝卡式耐磨管、貼片耐磨管、一體成型耐磨管、離心澆鑄復合管、陶瓷內襯復合鋼管。其中，SHS離心法陶瓷復合鋼管生產成本較低、應用廣泛，但該產品具有工藝相對復雜、高耗能等特點，鋼管內部涂層質量指標難于控制，在一定溫度和壓力條件下容易發生涂層破裂、脫落等問題，不同批次、廠家的產品兼容性差。

發明內容

本發明的目的在于運用新的技術路線和工藝路線，提高陶瓷內襯鋼管涂層質量指標，減少生產工序、節約物料與能源，一次成型生產出用戶所需產品。同時，本工藝和其他鋼管內襯生成工藝之間適應性好，使多種防腐內襯技術可以有效銜接，便于用戶因地制宜選擇物料流轉方案。

本發明的目的是這樣實現的：

一種SHS超聲乳化離心法制備鋼管內表面復合涂層的方法，所述方法包括以下工藝過程：鋁熱焊劑、合金及納米稀土元素，經物料傳輸系統精確噴灑在待反應區域，根據鋼管毛坯的溫度條件，決定是否需要點燃程序；在一定的初始溫度條件下，鋁熱焊劑、合金及納米稀土元素與鋼管按下式發生自蔓延反應：

Fe₂O₃+合金及稀土元素+2AL=2Fe+新合金+AL₂O₃。經高溫放熱反應，反應產物鐵、氧化鋁、新合金呈熔融狀態，鐵與合金互溶形成鐵合金，電機帶動鋼管中、低速旋轉（100-400r/min），超聲波發生裝置跟隨SHS反應區域同步運動，在超聲波乳化和離心力作用下，鋼管內反應產物中，密度大的鐵合金作為過渡層與鋼管形成冶金結合，低密度的氧化鋁分布在鋼管內表面，冷卻后得到陶瓷內襯鋼管，在鋼管內表面特定區域得到較理想的復合涂層。

本發明的有益效果是：

超聲乳化技術的關鍵是使所有的反應對象處于一種類似于懸浮狀態的反應氛圍。超聲波和旋轉留心的共同作用在于使反應物形成立體均勻分層效果。在離心力和溫度場共同作用下，陶瓷層會和合金層之間因熔點差異而分層；超聲波的作用在于：一是降低離心力要求（金屬管高速離心轉速要求）；二是促進陶瓷層在合金表面均勻分布，使陶瓷層的平整度、均勻度受控；三是控制超聲波的波形、強度、跟蹤方式，可以改變陶瓷層的厚度、表面積等幾何形狀。

本發明方法具有加工自動化程度高，反應原料廉價，采用納米改性材料促進合金層更好地發揮粘連作用，超聲乳化技術的引入降低離心系統功率、提高陶瓷層分布平整度，大幅度節約能源、提高符合涂層加工質量，提高產品質量一致性。

具體實施方式

一種SHS超聲乳化離心法鋼管內表面復合涂層制備方法，所述方法包括以下工藝過程：鋁熱焊劑、合金及納米稀土元素，經物料傳輸系統精確噴灑在待反應區域，根據鋼管毛坯的溫度條件，決定是否需要點燃程序；在一定的初始溫度條件下，鋁熱焊劑、合金及納米級稀土材料與鋼管按下式發生自蔓延反應：

Fe₂O₃+合金及稀土元素+2AL=2Fe+新合金+AL₂O₃。經高溫放熱反應，反應產物鐵、氧化鋁、合金、稀土呈熔融狀態，鐵與合金及稀土元素互溶形成新合金，電機帶動鋼管中、低速旋轉（100-400r/min），超聲波發生裝置跟隨SHS反應區域同步運動，在超聲波乳化和離心力作用下，鋼管內反應產物中，密度大的鐵合金作為過渡層與鋼管形成冶金結合，低密度的氧化鋁分布在鋼管內表面，冷卻后得到陶瓷內襯鋼管，在鋼管內表面特定區域得到較理想的復合涂層。

實施案例：

1、鋼管處于常溫或鋼管溫度低于SHS反應所需燃點。將已經成型并清潔過的鋼管毛坯固定在工裝夾具內，機器自動將SHS反應料（鋁熱焊劑、合金及稀土元素）噴灑在鋼管內壁并打火，使SHS反應料（鋁熱焊劑、合金及稀土元素）與鋼管按下式發生自蔓延反應：