专利名称：工件表面金属陶瓷层的制备装置的制作方法
技术领域：
本实用新涉及一种金属涂层的制备装置，具体地说涉及一种工件表面金属陶瓷层的制备装置。
背景技术：
石油化工行业的设备、构件，在许多工况条件下都存在腐蚀、磨蚀和冲蚀问题。近十几年来，金属表面多元共渗在金属表面强化方面得到越来越广的发展。大量文献表明，若采用单一的材料来满足既有高的强度、韧性，又有良好的耐蚀、耐磨性能的要求，是难以达到的。材料的表面性能直接影响设备、构件的使用寿命。采用表面处理技术，可以改变金属构件表面的成分、结构，从而改善材料表层的物理化学性能。金属陶瓷层具有高的耐腐蚀、 耐磨蚀和耐冲蚀性能。近年来，出现了多种制备金属陶瓷层的方法及设备。CN100469931C公开了一种金属陶瓷组合物以及在金属表面制备金属陶瓷涂层的方法，该发明的制备方法是将金属陶瓷组合物与粘结剂聚乙烯醇或醋酸乙酯混合搅拌，调制成料浆，再将料浆涂覆在工件表面。涂覆料浆的金属工件经过干燥、在气体保护炉或真空炉中进行烧结处理，烧结温度为1000 1300°C，经烧结后得到带有金属陶瓷涂层的金属工件，该发明虽然提到了气体保护炉或真空炉，但没有涉及气体保护炉或真空炉的具体形状及结构。C拟605M4Y公开了一种钟罩式惰性气体保护烧结炉，钟罩式炉体外罩内设置有烧结炉膛空腔，炉膛空腔中配装有电加热体，炉膛空腔连接有抽真空装置和惰性气体输入装置，其炉膛空腔上连接有惰性气体循环装置，惰性气体循环装置中设有动力风机，连接有降温热交换器。该装置结构合理，操作控制简便，易于用于工业化生产，提高烧结炉的设备利用率，但该烧结炉结构部件多且复杂，制造加工难度大，密封性能不佳，降温时间长。CN2719856Y公开了一种新型惰性气体保护高温加热炉，炉体底部开有缺口，坩埚倒置于炉体内，炉体内及外部设置有可上下升降的工件运输装置；工件运输装置由载物台、 升降台、底座和齿轮齿条升降机组成，载物台装在升降台上，载物台上部为锥体，其外表面与上方倒置的坩埚内表面紧密接触，炉体底部缺口下两侧设置有滑动式承接板，进气管穿过底座、升降台和载物台，出气孔位于载物台底部，出气管则穿过载物台，升降台和底座，该实用新型依靠齿轮齿条升降机构使坩埚进出炉体炉膛，可使倒置坩埚底部紧压在炉体上； 倒置坩埚与载物台圆锥面接触，既便于加工，又可保证坩埚内表面与载物台外表面紧密接触，密封效果好，载物台留有磨损补偿段，保证倒置坩埚和载物台相配合部分磨损后仍然可保证良好的密封效果，但该实用新型结构复杂，齿轮齿条加工精度要求高，给制造加工带来一定难度，同时，该实用新型降温时间长，延长了生产周期，降低了生产效率。
实用新型内容为了解决现有技术存在的结构复杂，密封性能不佳，降温时间长的技术问题，本实用新型提供了一种工件表面金属陶瓷层的制备装置，该装置结构简单，密封性好，保护气氛均勻，降温时间短。本实用新型提供的工件表面金属陶瓷层的制备装置主要由箱式炉、保护箱、冷却箱、箱体法兰、密封垫片、密封盖板、进气管、集气室和排气管组成；箱体法兰焊接于保护箱开口端，密封垫片夹于箱体法兰与密封盖板之间，箱体法兰、密封垫片和密封盖板之间通过螺栓连接；冷却箱套于保护箱外壁上，靠近箱体法兰，与箱体法兰之间保留一间隙；进气管穿过冷却箱和箱体法兰之间的保护箱箱壁进入保护箱腔体内，沿着保护箱内壁，伸入保护箱腔体底部；集气室焊接于密封盖板内侧，排气管穿过密封盖板与集气室相通，集气室室壁上开有气体收集孔，集气室通过气体收集孔与保护箱腔体相通；保护箱箱底一端伸入箱式炉炉膛内，冷却箱和保护箱开口端露于箱式炉炉膛外。所述冷却箱为环形，其内环和外环均为圆形，冷却箱沿其轴线方向的长度为 100 200mm，沿其径向方向的尺寸为100 200mm ；当然冷却箱的外环也可以为矩形或方形，此时，其外环的尺寸可根据实际情况确定。所述进气管内径一般为6 12mm，进气管伸入保护箱腔体的一端距保护箱腔体底部保留20 30mm的间隙。所述的集气室为环状，断面为矩形，断面矩形沿环状集气室径向方向的尺寸为 20 50mm，沿环状集气室轴线方向的尺寸为10 40mm，当然环状集气室的断面也可以为其它形状，如圆弧形；气体收集孔均勻分布在集气室的室壁上，开口朝向保护箱底壁，当然开口也可以朝向保护箱侧壁。气体收集孔的孔径小于进气管的内径，一般为进气管内径的 30 40% ；集气室的外径小于保护箱的内径，集气室的外壁距保护箱腔体内壁的距离为 20 50mm。所述排气管的内径小于进气管的内径，一般为进气管内径的50 90%，排气管伸出密封盖板外侧的长度一般为50 100mm。金属陶瓷层的烧结温度一般在1000°C 1300°C之间，使用传统的烧结炉时，金属工件直接放入炉膛内，停炉后炉子冷却时间较长，生产周期长，生产效率低。使用本实用新型的制备装置，工件直接放在保护箱内，停炉后，工件连同保护箱从炉膛内取出，冷却速度快，生产周期短，生产效率高。传统的烧结炉在高温下不易密封，密封性能不佳，本实用新型采用保护箱，容易密封，由于受热胀冷缩的影响，垫片在高温下的密封性能会出现波动，甚至会变劣，为了避免高温下炉膛内的高温沿保护箱箱壁传导至密封垫片，从而降低密封垫片的密封性能，本实用新型在靠近箱体法兰的保护箱外壁上设有冷却箱，从而阻断炉膛内高温向密封垫片的传递，使密封垫片处于较低的温度，从而保证了密封垫片良好的密封性能。同时，本实用新型采用集气室使保护箱内保护气氛的分布更加均勻，使工件各部分在保护箱内均处于均勻的热处理条件下，从而有利于提高产品的质量。
以下结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明，但附图和实施方式并不限制本实用新型。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为图1中A-A向示意图；图3为图1中B-B向示意4[0017]图中1-箱式炉，2-保护箱，3-冷却箱，4-出水管，5-进气管，6-箱体法兰，7-密封垫片，8-密封盖板，9-螺栓孔，10-排气管，11-螺栓，12-进水管，13-集气室，14-气体收集孔。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型提供的工件表面金属陶瓷层的制备装置包括箱式炉1、保护箱2、冷却箱3、进气管5、箱体法兰6、密封垫片7、密封盖板8、集气室13和排气管10 ；箱体法兰6焊接于保护箱2的开口端，密封垫片7夹于箱体法兰6与密封盖板8之间，箱体法兰6、密封垫片7和密封盖板8之间通过螺栓11连接；冷却箱3套于保护箱2外壁上，靠近箱体法兰6，与箱体法兰6之间保留一间隙，该间隙一般为IOcm 25cm，以便于设置进气管和拧紧螺栓；冷却箱3为环状结构，其内环与保护箱2的外壁相焊接，冷却箱3的内环和外环均为圆形，冷却箱3沿其轴线方向的长度为100 200mm，沿其径向方向的尺寸为100 200mm ；进气管5穿过冷却箱3和箱体法兰6之间的保护箱2箱壁进入保护箱腔体内，沿着保护箱2内壁，伸入保护箱腔体底部，与保护箱2腔体底部保留20 30mm间隙；集气室13 焊接于密封盖板8内侧，排气管10穿过密封盖板8与集气室13相通，集气室13室壁上开有气体收集孔14(见图3)，集气室13通过气体收集孔14与保护箱2腔体相通，集气室13 的断面为矩形，断面矩形沿环状集气室13径向方向的尺寸为20 50mm，沿环状集气室13 轴线方向的尺寸为10 40mm ；进气管5和保护箱2之间相焊接，排气管10与密封盖板8之间相焊接，排气管10的内径小于进气管5的内径，一般为进气管5内径的50 90%，排气管10伸出密封盖板8外侧的长度一般为50 IOOmm ；保护箱2箱底一端伸入箱式炉1炉膛内，冷却箱3和保护箱2开口端露于箱式炉1炉膛外；冷却箱3下部设有进水管12，上部设有出水管4。如图2所示，保护箱2为圆筒形，冷却箱3为环形，其内环和外环均为圆形，冷却箱 3的外环也可以为矩形或方形，与保护箱2相匹配的箱体法兰6、密封垫片7、密封盖板8相应为圆形；当然，保护箱2也可以为矩形或方形，与之相匹配的箱体法兰6、密封垫片7、密封盖板8也相应为矩形或方形，与保护箱2相匹配的冷却箱3的内环为矩形或方形，外环可以为矩形、方形或圆形。为了使保护箱2内的保护气氛更加均勻、稳定，进一步提高产品质量，集气室13为环状，断面为矩形(见图1)，当然断面也可以为其它形状，如圆弧形，气体收集孔14均勻分布在集气室13的室壁上，开口朝向保护箱底壁，当然开口也可以朝向保护箱侧壁，气体收集孔的数量为3 12个，如图3所示。保护箱2和进气管5的材料优选耐热不锈钢，也可以为其它耐热钢材；密封垫片7 可以为聚四氟乙烯垫片或橡胶石棉垫片，优选橡胶石棉垫片；箱体法兰6、密封盖板8、集气室13和排气管10用一般不锈钢即可，用不锈钢材料可以保证惰性气体的纯净度，避免使用普通碳钢引入铁锈等杂质。操作时，将工件置于保护箱2的腔体底部，依次装上密封垫片7、密封盖板8，用螺栓11将箱体法兰6、密封垫片7和密封盖板8连接在一起，并拧紧螺栓11，将工件密封于保护箱2内；然后将密封有工件的保护箱2箱底一端放入箱式炉1的炉膛内，冷却箱3和保护箱2开口端露于箱式炉1炉膛外，保护箱2与箱式炉1炉膛口之间的间隙用耐高温保温棉堵死，以保证炉膛内温度；接着将进气管5与惰性气源接通，惰性气体经进气管5进入保护箱2腔体内，进气一段时间后，保护箱2腔体内的空气经气体收集孔14进入集气室13，最后由排气管10排出，然后连续进气，连续排气，保证惰性气氛均勻，避免工件表面的金属陶瓷层被氧化，惰性气源可以为氮气或氩气，排空气的同时接通冷却箱3下部的进水管12和上部的出水管4，让冷却水注满冷却箱3并由出水管4溢出；最后，接通电源，给箱式炉1升温进行工件表面金属陶瓷层的制备。
权利要求1.一种工件表面金属陶瓷层的制备装置，其特征在于主要由箱式炉、保护箱、冷却箱、 箱体法兰、密封垫片、密封盖板、进气管、集气室和排气管组成；箱体法兰焊接于保护箱开口端，密封垫片夹于箱体法兰与密封盖板之间，箱体法兰、密封垫片和密封盖板之间通过螺栓连接；冷却箱套于保护箱外壁上，靠近箱体法兰，与箱体法兰之间保留一间隙；进气管穿过冷却箱和箱体法兰之间的保护箱箱壁进入保护箱腔体内，沿着保护箱内壁，伸入保护箱腔体底部；集气室焊接于密封盖板内侧，排气管穿过密封盖板与集气室相通，集气室室壁上开有气体收集孔，集气室通过气体收集孔与保护箱腔体相通；保护箱箱底一端伸入箱式炉炉膛内，冷却箱和保护箱开口端露于箱式炉炉膛外。
2.根据权利要求1所述的制备装置，其特征在于所述的集气室为环状，断面为矩形或圆弧形，集气室上的气体收集孔呈均勻分布，开口朝向保护箱底壁或保护箱侧壁，数量为 3 12个。
3.根据权利要求1或2所述的制备装置，其特征在于所述的冷却箱与箱体法兰之间的间隙为IOcm 25cm。
4.根据权利要求1或2所述的制备装置，其特征在于所述的保护箱为圆筒形，冷却箱为圆环形，箱体法兰、密封垫片和密封盖板为圆形。
5.根据权利要求3所述的制备装置，其特征在于所述的保护箱为圆筒形，冷却箱为圆环形，箱体法兰、密封垫片和密封盖板为圆形。
6.根据权利要求1或2所述的制备装置，其特征在于所述的保护箱为矩形或方形，与之相匹配的冷却箱、箱体法兰、密封垫片、密封盖板相应为矩形或方形。
7.根据权利要求1或2所述的制备装置，其特征在于所述的保护箱和进气管的材料为耐热不锈钢，密封垫片为橡胶石棉垫片。
8.根据权利要求5所述的制备装置，其特征在于所述的保护箱和进气管的材料为耐热不锈钢，密封垫片为橡胶石棉垫片。
专利摘要本实用新型提供的工件表面金属陶瓷层的制备装置主要由箱式炉、保护箱、冷却箱、箱体法兰、密封垫片、密封盖板、进气管、集气室和排气管组成；冷却箱套于保护箱外壁上，与箱体法兰之间保留一间隙；进气管穿过冷却箱和箱体法兰之间的保护箱箱壁进入保护箱腔体内，沿着保护箱内壁，伸入保护箱腔体底部；集气室焊接于密封盖板内侧，排气管穿过密封盖板与集气室相通，集气室通过其上的气体收集孔与保护箱腔体相通；保护箱箱底一端伸入箱式炉炉膛内，冷却箱和保护箱开口端露于箱式炉炉膛外。该制备装置结构简单，密封性好，保护气氛均匀，降温时间短。
文档编号F27B5/04GK202323027SQ201120450879
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月7日 优先权日2011年11月7日
发明者晁君瑞, 李 远, 李选亭, 赵予川 申请人:中国石化集团洛阳石油化工工程公司, 中国石油化工股份有限公司