[发明专利]一种在细长金属管内壁低温涂层的方法及设备

说明书

本发明提供一种在细长金属管内壁低温涂层的方法及设备，在细长金属管内壁低温涂层的设备包括供气单元和手套箱，手套箱内设置有：气化单元、机械泵、加热单元、喷射管和控制棒，喷射管穿设在细长金属管内，喷射管入口分别与供气单元和气化单元连通，喷射管出口设置在手套箱内，位于细长金属管内部的喷射管侧壁上设置有喷射孔；控制棒平行设置在喷射管上方，且控制棒与喷射管两端通过连接件固定，控制棒一端与机械泵连接，加热单元一端固定在控制棒上，加热端套设在细长金属管外，加热单元与喷射管的喷射孔相对应。本发明能在高纵横比(20‑30:1)的细长金属管内壁低温下(600℃)获得均匀、结合力强、完整性好的涂层。

技术领域

本发明涉及涂层技术，尤其涉及一种在细长金属管内壁低温涂层的方法及设备。

背景技术

不锈钢管材由于其本身固有的优异特性及其所带来的安全性、可靠性、耐用性，而被广泛应用于石油、天然气工业中气、油的运输，为其它行业提供了可靠的能源保障。在核电领域，是先进核反应堆结构材料的候选，如四代钠冷堆燃料包壳系统包壳管，聚变堆装置中涉氚、氦管道等，而在国防领域中，坦克、大炮、枪械的身管，发动机管路，雷达波导管以及武装装备战车的轴承、活塞套等等，各种管筒状结构零件的应用更为广泛。

但在实际应用中，由于腐蚀、高温氧化和扩散、摩擦磨损，管筒件内表面经常发生严重的破坏，造成大量经济损失。在军事方面，由于枪炮管膛线磨损和内膛尺寸发生变化的问题，将导致弹丸初速、射击精度下降，枪炮管失效。因此，对管筒件内表面进行适当的处理以使其具有更高的硬度，更好的抗摩擦磨损性能，耐高温、高压性能、耐腐蚀性能等，就有着非常重要的现实意义。在实际工业应用中有大量管状工件的内表面需要改性处理，例如：油田上的抽油泵泵筒、输油管道、化工管道、汽车汽缸套、聚变堆结构材料，以及军事领域特别是海军舰艇上配置的舰炮炮管以及鱼雷发射管等。

表面改性技术是仅对材料的表面进行处理的技术，如渗碳、渗氮、喷丸、激光处理、离子注入、热喷涂、阳极氧化、化学气相沉积、物理气相沉积等。针对管筒件内表面改性处理比管件外表面要具有更大的挑战性，目前世界上一些科研机构及大学都做了大量的研究工作，主要采用的方法有电镀、激光强化处理、等离子体表面改性等。但是针对高纵横比的细长金属管的内壁涂层改性，仍存在很大的挑战。

目前研究较为热门的管筒件内表面改性处理方法为等离子体增强化学气相沉积技术：

日本的I.Hideaki等通过等离子体化学气相沉积的方法在内径Ф10mm的钢管内表面沉积了TiN涂层。图1为化学气相沉积处理内管示意图。将待处理管件水平放置，并伸入与其同轴放置的CVD炉膛内，混合气体TiCl₄+N₂+H₂从管件的一端通入管内，通过CVD炉膛的加热作用，使管内的气体反应，在内表面沉积成膜。同时通过行走装置控制CVD炉膛沿管件轴向运动，可以实现内表面的均匀处理。利用这种方法，他们在管内表面沉积了厚度均匀的TiN涂层，并得到最佳实验参数为：沉积温度为1050℃，总气体流量率为 360sccm(标准立方厘米每分钟)，炉膛移动速度为2.8mm/min。

核工业西南物理研究院的金凡亚等人利用一种新型等离子体增强化学气相沉积内表面复合处理系统在Ф100×1000mm的316不锈钢管内表面沉积了 TiN涂层。研究结果表明：涂层厚度沿管轴向相对比较均匀，且具有较好的表面特性和机械性能。