[发明专利]一种陶瓷内衬铝管的制造方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种制造陶瓷内衬铝管的方法，属于自蔓延成型技术领域。

背景技术

陶瓷内衬管凭借其优良的耐磨及耐蚀性能，被大量应用于石油及矿石的传输。目前高温自蔓延法制备陶瓷内衬管的技术比较成熟。

高温自蔓延(SHS)制备陶瓷管技术的特点是依靠铝热反应生成熔融还原金属液与Al₂O₃，并在离心力或重力的条件下，使反应物分离，比重轻的Al₂O₃涂覆于管材内壁，而还原金属过渡于基体与陶瓷之间。反应启动需要大量热量，而反应自身也释放大量热量，并足以使反应自持。

然而目前生产和应用的陶瓷管的基体主要都是钢管(见专利201110280814.1)。 而钢与铝等一些有色金属相比，比重较大，故运输成本也明显高于铝，此外由于铝的表面会产生致密的氧化膜，拥有优良的耐蚀性能，故能在更恶劣的环境下服役，综上所述，铝是更理想的陶瓷管基体。

陶瓷内衬钢管一般用氧化铁作为氧化剂，并依靠反应2Al+Fe₂O₃→Al₂O₃+2Fe+836kJ/mol生成熔融还原铁液以及氧化铝陶瓷。而陶瓷内衬铝管的成型有相对于前者的特殊性。首先陶瓷内衬铝管无法利用之前的反应体系进行成型，因为铁与铝结合会生成脆性相，用铁作过渡层会严重影响陶瓷内衬层的结合强度；其次，铝的熔点只有660℃，为避免基体熔毁，反应温度不宜过高；最后铝的表面存在一层致密的氧化铝薄膜，所以反应温度也不宜过低，否则无法熔透氧化膜，阻碍过渡金属与铝基体的结合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种自蔓延制备陶瓷内衬铝管的方法，以解决现有陶瓷内衬钢管运输成本高，外表面不耐腐蚀的问题。

本发明通过如下步骤实现：

1）对铝管一端管口进行倒角，在坩埚底部钻孔，并且坩埚底部孔洞的孔径等于倒角后铝管内径大小；

2）对铝管内壁进行除氧化膜和除油，并对坩埚和铝管进行300℃预热；

3）将防漏槽、引流槽、铝垫片、铝管和坩埚从下至上依次叠放，按比例配制反应物，并倒入铝管及坩埚内；

4）向坩埚内的反应物中插上导火索，点火引燃，使其发生自蔓延反应，随着反应的进行，液面逐渐下移，Al₂O₃逐步附着于铝管内壁，并结晶凝固，形成连续均匀的陶瓷内衬层。

铝管内塞满反应物，坩埚内有过量反应物。无论是铝管内还是坩埚内的反应物均压实。

所采用的反应物由质量分数为73%-83%的Al和SnO₂粉、Al和Sn摩尔比4：3，13%-23%Al粉、4%CaF₂粉组成，粉体粒径均为20nm-500μm。

反应物发生自蔓延反应，产生的高温使产物处于熔融状态，在未反应的反应物上部形成由Al，Sn及Al₂O₃组成的反应熔池。在重力的作用下，熔融的生成物分离，较重的金属液沉积于熔池底部，陶瓷Al₂O₃浮于上部，随着反应的进行，液面逐渐下移，Al₂O₃逐步附着于铝管内壁，并结晶凝固，形成连续均匀的陶瓷内衬层。当反应前沿到达铝管底部，铝垫片熔化，多余的生成物通过引流槽流入防漏槽。即完成自蔓延陶瓷内衬复合铝管的制备。

上述过程中，为提高陶瓷层的结合强度，选用反应4Al+3SnO₂→2Al₂O₃+3Sn。锡和铝不会生成脆性相，适当加入铝粉控制反应温度，加入CaF₂提高金属液与熔融陶瓷的分离程度。实施例中采用铝管牌号为6061，尺寸为内径20mm、外径41mm、长80mm，并在一端管口进行3mm×3mm倒角。铝管预处理包括除油、除氧化膜、预热等操作。

铝管的除油过程为：用丙酮冲洗铝管内壁3次，并风干。

铝管的除氧化膜过程为：用质量浓度为10%的NaOH溶液冲洗铝管内壁3次，再用无水酒精冲洗一次，并风干。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

（1）使用重力法—SHS进行成型，设备简单，成形容易，造价低廉。