一种shs超声乳化离心法制备钢管内表面涂层的方法
【专利摘要】本发明涉及一种SHS超声乳化离心法制备钢管内表面涂层的方法。包括以下工艺过程：铝热焊剂和合金，在钢管内按下式发生自蔓延反应：Fe2O3+合金+2AL=2Fe+新合金+AL2O3，上述反应的反应产物铁、氧化铝及新合金呈熔融状态，在低速旋转产生的离心力和超声波乳化作用下，铁与新合金互溶形成铁合金层沉积在钢管内表面形成过渡层，低密度的氧化铝陶瓷层沉积在过渡层之上，所述铁合金层和氧化铝陶瓷层存在熔点差异和密度差异。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。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 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】。 一种SHS超声乳化离心法制备钢管内表面涂层的方法
【背景技术】
[0002] 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，t匕 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】
[0003] 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。
[0004] 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： Fe203+合金及稀土元素+2AL=2Fe+新合金+AL20 3。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（100-4001·/ 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。
[0005] 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
【权利要求】
1. 一种SHS超声乳化离心法制备钢管内表面涂层的方法，包括以下工艺过程：铝热焊 剂和合金，在钢管内按下式发生自蔓延反应：Fe 203+合金+2AL=2Fe+新合金+AL203，其特征 在于： 上述反应的反应产物铁、氧化铝及新合金呈熔融状态，在低速旋转产生的离心力和超 声波乳化作用下，铁与新合金互溶形成铁合金层沉积在钢管内表面形成过渡层，低密度的 氧化铝陶瓷层沉积在过渡层之上； 所述铁合金层和氧化铝陶瓷层存在熔点差异和密度差异。
2. 根据权利要求1所述的一种SHS超声乳化离心法制备钢管内表面涂层的方法，其特 征在于，所述原料内还包括纳米级稀土元素。
3. 根据权利要求1所述的一种SHS超声乳化离心法制备钢管内表面涂层的方法，其特 征在于，所述低速旋转其转速为100-400r/min。
4. 根据权利要求1所述的一种SHS超声乳化离心法制备钢管内表面涂层的方法，其特 征在于，所述的合金为Mn、Cr。
5. 根据权利要求1所述的一种SHS超声乳化离心法制备钢管内表面涂层的方法，其特 征在于，还包括控制装置，具有以下功能，通过控制超声波的波形、强度、跟踪方式，改变陶 瓷层的厚度、表面积的几何形状。
【文档编号】C23C24/00GK104046978SQ201410233524
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】仲玥, 高拯 申请人:仲玥