[發明專利]一種陶瓷內襯鋁管的制造方法

有效

• 申請號: 201510033496.7
• 申請日: 2015-01-23
• 公開（公告）號: CN104475734A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 張國棟;張暉;王帥;邱智華
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: B22F3/23
• 分類號: B22F3/23;B22F5/12
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 汪俊鋒

技術領域

本發明提供了一種制造陶瓷內襯鋁管的方法，屬于自蔓延成型技術領域。

背景技術

陶瓷內襯管憑借其優良的耐磨及耐蝕性能，被大量應用于石油及礦石的傳輸。目前高溫自蔓延法制備陶瓷內襯管的技術比較成熟。

高溫自蔓延(SHS)制備陶瓷管技術的特點是依靠鋁熱反應生成熔融還原金屬液與Al₂O₃，并在離心力或重力的條件下，使反應物分離，比重輕的Al₂O₃涂覆于管材內壁，而還原金屬過渡于基體與陶瓷之間。反應啟動需要大量熱量，而反應自身也釋放大量熱量，并足以使反應自持。

然而目前生產和應用的陶瓷管的基體主要都是鋼管(見專利201110280814.1)。?而鋼與鋁等一些有色金屬相比，比重較大，故運輸成本也明顯高于鋁，此外由于鋁的表面會產生致密的氧化膜，擁有優良的耐蝕性能，故能在更惡劣的環境下服役，綜上所述，鋁是更理想的陶瓷管基體。

陶瓷內襯鋼管一般用氧化鐵作為氧化劑，并依靠反應2Al+Fe₂O₃→Al₂O₃+2Fe+836kJ/mol生成熔融還原鐵液以及氧化鋁陶瓷。而陶瓷內襯鋁管的成型有相對于前者的特殊性。首先陶瓷內襯鋁管無法利用之前的反應體系進行成型，因為鐵與鋁結合會生成脆性相，用鐵作過渡層會嚴重影響陶瓷內襯層的結合強度；其次，鋁的熔點只有660℃，為避免基體熔毀，反應溫度不宜過高；最后鋁的表面存在一層致密的氧化鋁薄膜，所以反應溫度也不宜過低，否則無法熔透氧化膜，阻礙過渡金屬與鋁基體的結合。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種自蔓延制備陶瓷內襯鋁管的方法，以解決現有陶瓷內襯鋼管運輸成本高，外表面不耐腐蝕的問題。

本發明通過如下步驟實現：

1）對鋁管一端管口進行倒角，在坩堝底部鉆孔，并且坩堝底部孔洞的孔徑等于倒角后鋁管內徑大??；

2）對鋁管內壁進行除氧化膜和除油，并對坩堝和鋁管進行300℃預熱；

3）將防漏槽、引流槽、鋁墊片、鋁管和坩堝從下至上依次疊放，按比例配制反應物，并倒入鋁管及坩堝內；

4）向坩堝內的反應物中插上導火索，點火引燃，使其發生自蔓延反應，隨著反應的進行，液面逐漸下移，Al₂O₃逐步附著于鋁管內壁，并結晶凝固，形成連續均勻的陶瓷內襯層。

鋁管內塞滿反應物，坩堝內有過量反應物。無論是鋁管內還是坩堝內的反應物均壓實。

所采用的反應物由質量分數為73%-83%的Al和SnO₂粉、Al和Sn摩爾比4：3，13%-23%Al粉、4%CaF₂粉組成，粉體粒徑均為20nm-500μm。

反應物發生自蔓延反應，產生的高溫使產物處于熔融狀態，在未反應的反應物上部形成由Al，Sn及Al₂O₃組成的反應熔池。在重力的作用下，熔融的生成物分離，較重的金屬液沉積于熔池底部，陶瓷Al₂O₃浮于上部，隨著反應的進行，液面逐漸下移，Al₂O₃逐步附著于鋁管內壁，并結晶凝固，形成連續均勻的陶瓷內襯層。當反應前沿到達鋁管底部，鋁墊片熔化，多余的生成物通過引流槽流入防漏槽。即完成自蔓延陶瓷內襯復合鋁管的制備。

上述過程中，為提高陶瓷層的結合強度，選用反應4Al+3SnO₂→2Al₂O₃+3Sn。錫和鋁不會生成脆性相，適當加入鋁粉控制反應溫度，加入CaF₂提高金屬液與熔融陶瓷的分離程度。實施例中采用鋁管牌號為6061，尺寸為內徑20mm、外徑41mm、長80mm，并在一端管口進行3mm×3mm倒角。鋁管預處理包括除油、除氧化膜、預熱等操作。

鋁管的除油過程為：用丙酮沖洗鋁管內壁3次，并風干。

鋁管的除氧化膜過程為：用質量濃度為10%的NaOH溶液沖洗鋁管內壁3次，再用無水酒精沖洗一次，并風干。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

（1）使用重力法—SHS進行成型，設備簡單，成形容易，造價低廉。