[发明专利]一种SHS超声乳化离心法制备钢管内表面涂层的方法

说明书

技术领域

本发明提供一种通过超声波乳化及低速离心法控制SHS（自蔓延高温合成）反应，在钢管内表面制备复合涂层的方法，属于表面涂层技术领域。

背景技术

    国防和民用工业生产中，经常用管道输送高温、腐蚀、磨损性强的介质，这时就要求管道内壁具有优良的耐高温、耐磨损和耐腐蚀性等。在钢管内表面制备特殊性能涂层，比用整体材料制造管材可大幅度降低成本。目前涂层内衬钢管制备方法已经比较成熟的主要有：套构法，离心烧注法，双金属离心烧注法，复合材料焊接法，SHS离心法和静态SHS法等；陶瓷材料因为具有较好的耐腐蚀、耐磨损和耐高温性能，是较为广泛使用的内衬材料。耐磨陶瓷管道主要包括点焊装卡式耐磨管、贴片耐磨管、一体成型耐磨管、离心浇铸复合管、陶瓷内衬复合钢管。其中，SHS离心法陶瓷复合钢管生产成本较低、应用广泛，但该产品具有工艺相对复杂、高耗能等特点，钢管内部涂层质量指标难于控制，在一定温度和压力条件下容易发生涂层破裂、脱落等问题，不同批次、厂家的产品兼容性差。

发明内容

本发明的目的在于运用新的技术路线和工艺路线，提高陶瓷内衬钢管涂层质量指标，减少生产工序、节约物料与能源，一次成型生产出用户所需产品。同时，本工艺和其他钢管内衬生成工艺之间适应性好，使多种防腐内衬技术可以有效衔接，便于用户因地制宜选择物料流转方案。

本发明的目的是这样实现的：

一种SHS超声乳化离心法制备钢管内表面复合涂层的方法，所述方法包括以下工艺过程：铝热焊剂、合金及纳米稀土元素，经物料传输系统精确喷洒在待反应区域，根据钢管毛坯的温度条件，决定是否需要点燃程序；在一定的初始温度条件下，铝热焊剂、合金及纳米稀土元素与钢管按下式发生自蔓延反应：

Fe₂O₃+合金及稀土元素+2AL=2Fe+新合金+AL₂O₃。经高温放热反应，反应产物铁、氧化铝、新合金呈熔融状态，铁与合金互溶形成铁合金，电机带动钢管中、低速旋转（100-400r/min），超声波发生装置跟随SHS反应区域同步运动，在超声波乳化和离心力作用下，钢管内反应产物中，密度大的铁合金作为过渡层与钢管形成冶金结合，低密度的氧化铝分布在钢管内表面，冷却后得到陶瓷内衬钢管，在钢管内表面特定区域得到较理想的复合涂层。

本发明的有益效果是：

超声乳化技术的关键是使所有的反应对象处于一种类似于悬浮状态的反应氛围。超声波和旋转留心的共同作用在于使反应物形成立体均匀分层效果。在离心力和温度场共同作用下，陶瓷层会和合金层之间因熔点差异而分层；超声波的作用在于：一是降低离心力要求（金属管高速离心转速要求）；二是促进陶瓷层在合金表面均匀分布，使陶瓷层的平整度、均匀度受控；三是控制超声波的波形、强度、跟踪方式，可以改变陶瓷层的厚度、表面积等几何形状。

本发明方法具有加工自动化程度高，反应原料廉价，采用纳米改性材料促进合金层更好地发挥粘连作用，超声乳化技术的引入降低离心系统功率、提高陶瓷层分布平整度，大幅度节约能源、提高符合涂层加工质量，提高产品质量一致性。

具体实施方式

一种SHS超声乳化离心法钢管内表面复合涂层制备方法，所述方法包括以下工艺过程：铝热焊剂、合金及纳米稀土元素，经物料传输系统精确喷洒在待反应区域，根据钢管毛坯的温度条件，决定是否需要点燃程序；在一定的初始温度条件下，铝热焊剂、合金及纳米级稀土材料与钢管按下式发生自蔓延反应：

Fe₂O₃+合金及稀土元素+2AL=2Fe+新合金+AL₂O₃。经高温放热反应，反应产物铁、氧化铝、合金、稀土呈熔融状态，铁与合金及稀土元素互溶形成新合金，电机带动钢管中、低速旋转（100-400r/min），超声波发生装置跟随SHS反应区域同步运动，在超声波乳化和离心力作用下，钢管内反应产物中，密度大的铁合金作为过渡层与钢管形成冶金结合，低密度的氧化铝分布在钢管内表面，冷却后得到陶瓷内衬钢管，在钢管内表面特定区域得到较理想的复合涂层。

实施案例：

1、钢管处于常温或钢管温度低于SHS反应所需燃点。将已经成型并清洁过的钢管毛坯固定在工装夹具内，机器自动将SHS反应料（铝热焊剂、合金及稀土元素）喷洒在钢管内壁并打火，使SHS反应料（铝热焊剂、合金及稀土元素）与钢管按下式发生自蔓延反应：