专利名称：一种高铝微晶玻璃内衬复合管的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高铝微晶玻璃内衬复合管的制备方法，属于无机涂层及合成技术领域。
石油、化工和冶金等部门的设备需要大量的耐蚀、耐磨的管道，现有的金属管材难以满足上述要求。例如，由于原油的高腐蚀性和其所含泥沙对管道的磨蚀，石油输送管道需要具有较高的耐蚀、耐磨性能。选用耐蚀性能优越的不锈钢钢管，其耐磨性能较差；选用SHS陶瓷内衬复合钢管其耐磨性能优异，但由于裂纹、连通气孔等缺陷，以及陶瓷层中铁铝尖晶石相的耐蚀性差，难以满足耐蚀要求。微晶玻璃具有良好的耐蚀、耐磨性，制造微晶玻璃内衬复合钢管是提高有关产品寿命的有效方法。
1981年日本的Odawara等采用铝热-离心法制造陶瓷内衬复合钢管，并申请了一系列专利J58188591、J59218841、J59083983、J61079226、J61079777、J62086172、J63089680。其基本原理是Al、Mg等金属元素与氧化铁等氧化物发生剧烈反应，在没有外来热源的情况下反应自动蔓延并得到熔融的氧化物陶瓷产物和金属铁。由于产物的陶瓷相与金属铁的比重差异较大且二者互不相溶，在离心力的作用下陶瓷与金属相互分离并在钢管内表面形成陶瓷层。但是由于难以消除内衬层中的裂纹和连通气孔，该产品难以满足耐蚀性能的要求。
本发明的基本目的是利用铝热剂的反应产物和热量，与外加的玻璃形成体一起形成高铝玻璃熔体，在外界机械离心力的作用下，在金属管内壁形成致密的高铝玻璃涂层，通过一定的热处理，获得耐蚀、耐磨的微晶玻璃内衬复合管。
本发明提出的高铝微晶玻璃内衬复合管制备方法，包括以下步骤(1)将铝热剂、玻璃形成体粉料按1∶0．1-0．4的重量配比均匀混合粉料，装入待涂覆的金属管中，装入量为混合粉料∶钢管重量=0．2-0．5∶1，所用铝热剂可以是任何高放热的、能生成Al2O3的反应剂(Al粉+氧化物粉)，所用玻璃形成体包括下列物料中的一种或几种的混合物石英砂、长石、粉煤灰、硼砂、氧化钙、氧化镁、氟化钠以及普通玻璃粉或矿渣玻璃粉。所用金属管包括各种钢管、铸铁管等。
(2)将金属管装入离心机，启动离心机并逐渐加速至1200-2000转／分钟。
(3)在匀速旋转状态下点燃铝热剂，铝热反应放出的热量使反应产物及玻璃形成体熔化。反应生成的Al2O3与玻璃形成体相互溶解，形成高铝玻璃熔体，在离心力的作用下，铝热反应生成的金属与高铝玻璃熔体相互分离。
(4)离心机保持恒速10-15分钟后，逐渐减速。停机后取下复合管并在700-900℃保温25～50分钟，炉冷至室温。即为本发明制备的耐蚀、耐磨的微晶玻璃内衬复合管。
本发明制造的微晶玻璃内衬复合钢管具有良好的耐蚀、耐磨性能。产品耐外部冲击性能高且易于连接，适于长距离管道输送。复合钢管压溃强度为315MPa，微晶玻璃层的硬度不低于1300HV，相对密度在90％以上。室温下，在20％H2SO4中的腐蚀失重为0．00067mg／cm2．h，比不锈钢低约4个数量级。
用本发明制备的复合钢管具有钢管+金属中间层+微晶玻璃的三层结构。外层钢管与中间层为冶金结合，中间层与内衬微晶玻璃为机械结合。生成的微晶玻璃层厚约3-5mm。
所用铝热剂可以是任何高放热的、能生成Al2O3的反应剂(Al粉+氧化物粉)，所用玻璃形成体包括下列物料中的一种或几种的混合物石英砂、长石、粉煤灰、硼砂、氧化钙、氧化镁、氟化钠以及普通玻璃粉或矿渣玻璃粉。所用金属管包括各种钢管、铸铁管等。
本发明制备的微晶玻璃层中无明显裂纹，气孔均为分散的封闭小孔，因而其耐蚀性优良。
下面介绍本发明的实施例。
实施例1将75％铝热剂(Al粉+Fe2O3粉)、25％玻璃形成体(40％粉煤灰，30％硼砂，10％CaO，10％MgO，7％ZnO，3％NaF)混合均匀后，取900g装入内径为φ148mm、长200mm，厚度为5mm的钢管中，启动离心机至1750转／分钟，使粉料均匀分布于钢管的内壁。引燃铝热剂，发生自蔓延高温反应。在离心力的作用下熔融的Al2O3和玻璃形成体迅速形成高铝玻璃熔体并与金属熔体相分离。保持高速旋转10分钟后，逐渐减速。停机后取下钢管并在750℃保温45分钟，炉冷至室温，即可获得高铝微晶玻璃复合钢管。在钢管内壁形成的微晶玻璃层厚度约4．5mm，表面光洁无裂纹，硬度为1320HV。微晶玻璃内衬钢管的压溃强度为310MPa，室温下在20％H2SO4中的腐蚀失重为0．00037mg／cm2．h。
实施例2将80％铝热剂(Al粉+Fe2O3粉)、20％玻璃粉(72％SiO2，9％CaO，5％MgO，14％R2O)混合均匀后，取950g装入内径为φ148mm、长200mm，厚度为5mm的钢管中，启动离心机至1750转／分钟，使粉体均匀分布于钢管的内壁，在高速旋转的钢管中引燃铝热剂。在离心力作用下，熔融的Al2O3迅速与碱性玻璃熔体混合形成高铝玻璃熔体。保持高速旋转10分钟后，逐渐减速。停机后取下钢管并在450℃保温25分钟，炉冷至室温，即可获得高铝微晶玻璃复合钢管。在钢管内壁形成的微晶玻璃层厚度约4mm，表面光洁无裂纹，显微硬度达1400HV。用30％SiO2泥浆冲蚀，失重率为外钢管的1／10。
实施例3将80％铝热剂(Al粉+Fe2O3粉)、20％玻璃粉(72％SiO2，9％CaO，5％MgO，14％R2O)混合均匀后，取1200g装入内径为φ168mm、长200mm，厚度为6mm的球墨铸铁管中，启动离心机至1750转／分钟，使粉体均匀分布于铸管的内壁，在高速旋转的铸管中引燃铝热剂。在离心力作用下 ，熔融的Al2O3迅速与碱性玻璃熔体混合形成高铝玻璃熔体。保持高速旋转10分钟后，逐渐减速。停机后取下复合管并在450℃保温25分钟，炉冷至室温，即可获得高铝微晶玻璃复合铸管。在复合管内壁形成的微晶玻璃层厚度约4mm，表面光洁无裂纹，显微硬度达1400HV。铝热反应对球墨铸铁管基体外层的组织无影响。
权利要求
1.一种高铝微晶玻璃内衬复合管制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)将铝热剂、玻璃形成体粉料按1∶0．1-0．4的重量配比均匀混合粉料，装入待涂覆的金属管中，装入量为混合粉料∶钢管重量=0．2-0．5∶1；(2)将金属管装入离心机，启动离心机并逐渐加速至1200-2000转／分钟；(3)在匀速旋转状态下点燃铝热剂，铝热反应放出的热量使反应产物及玻璃形成体熔化；(4)离心机保持恒速10-15分钟后，逐渐减速，停机后取下复合管并在700-900℃保温25～50分钟，炉冷至室温，即为本发明制备的耐蚀、耐磨的微晶玻璃内衬复合管。
全文摘要
本发明涉及一种高铝微晶玻璃内衬复合管制备方法,首先将铝热剂、玻璃形成体粉料均匀混合粉料,装入待涂覆的金属管中,将金属管装入离心机,启动离心机并逐渐加速,在匀速旋转状态下点燃铝热剂,离心机保持恒速后逐渐减速,停机后取下复合管并保温,炉冷至室温,即为本发明的微晶玻璃内衬复合管。本发明的复合钢管具有良好的耐蚀、耐磨性能。产品耐外部冲击性能高且易于连接,适于长距离管道输送。
文档编号C23D5/00GK1290770SQ0012955
公开日2001年4月11日 申请日期2000年10月9日 优先权日2000年10月9日
发明者梁开明, 王双喜, 张献辉 申请人:清华大学