本发明涉及一种复合钢管的制造方法，尤其涉及一种金属与无机非金属复合的材料的制造方法。
背景技术：
当前金属材料与无机非金属材料的复合方法主要包括自蔓延高温合成法、热喷涂方法、物理气相沉积、化学气相沉积和搪瓷等。
自蔓延高温合成法是利用原材料之间的放热反应维持燃烧波自蔓延来制备硼化物、碳化物、氮化物、硅化物以及金属间化合物材料的新工艺，最初由俄罗斯化学物理研究所的a.g.merzhanov等人发明。自从自蔓延高温合成技术产生以来，国外在材料制备工艺和设备上取得长足的进展，已经采用该技术成功量产了tib2、tic、mosi2等材料，以俄罗斯和美国的技术水平最为雄厚。然而，其合成过程环境污染严重、工艺过程难以控制，产品孔隙率高，无机非金属材料层常带裂纹，且有潜在开裂风险。因此，其产品可用于耐磨，但却难用于防腐。
无机非金属材料热喷涂方法是指一系列过程，在这些过程中，细微而分散的无机非金属的涂层材料，以一种熔化或半熔化状态，沉积到一种经过制备的基体表面，形成某种喷涂沉积层。它是利用某种热源(如电弧、等离子喷涂或燃烧火焰等)将无机非金属粉末状或将无机非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。这种技术相对于自蔓延高温合成法无潜在裂纹风险，但是却有更高的孔隙率，和非常低的结合强度。其防腐和耐磨性能一般，难以施展无机非金属材料的性能更强的特点。
物理气相沉积和化学气相沉积能在基体表面形成一层致密的无机非金属材料薄膜，但其成本非常昂贵，不适合大量生产。
搪瓷是涂烧在金属底坯表面上的无机玻璃瓷釉。在金属表面进行瓷釉涂搪可以防止金属生锈，使金属在受热时不至于在表面形成氧化层并且能抵抗各种液体的侵蚀。搪瓷制品不仅安全无毒，易于洗涤洁净，可以广泛地用作日常生活中使用的饮食器具和洗涤用具，而且在特定的条件下，瓷釉涂搪在金属坯体上表现出的硬度高、耐高温、耐磨以及绝缘作用等优良性能，使搪瓷制品有了更加广泛的用途。瓷釉层还可以赋予制品以美丽的外表，装点人们的生活。可见搪瓷制品兼备了金属的强度和瓷釉华丽的外表以及耐化学侵蚀的性能。但是搪瓷产品近些年来越来越少见，其主要原因是表面搪瓷层易破碎，做较大体积产品时易出现裂纹等，尤其是当搪瓷的热膨胀系数与基层的金属材料相差甚远时，更是如此。
如何克服以上各种方案的缺点，能够在金属表面上形成一层致密、均匀，特别是富有较高韧性和强度的无机非金属材料层，包括陶瓷层、搪瓷层、玻璃层和釉层等，使其具有耐磨、耐腐和一定耐热冲击和抗震性能，是非常急需解决的问题。
因此，本申请提出了一种全新的非常经济和高质量的解决方案，该方案可在金属管道和板材上熔敷上一层瓷或玻璃等无机非金属材料。
技术实现要素：
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种新的复合钢管，要解决的技术问题是在金属管道内衬形成无机非金属材料层。
为解决上述问题，本发明采取的技术方案是：一种制造复合钢管的方法，包括如下步骤：
1)提供金属基体，以分散体的形式提供防腐材料；
2)使所述防腐材料附着于所述金属基体的内壁，或者，使所述防腐材料在轴向上沿着所述金属基体的内表面堆积；
3)旋转并加热所述金属基体和防腐材料，使得所述防腐材料熔化，然后冷却所述金属基体和防腐材料，以形成所述防腐材料层，并使得所述防腐材料层与所述金属基体结合。
优选地，在所述步骤3)中，旋转速率被配置为使得溶化后的防腐材料具有离心加速度x米/平方秒，x≥20，或者x≥40，。
优选地，在所述步骤3)中，熔化后的防腐材料的粘度≤350pa·s；或者，熔化后的防腐材料的粘度≤250pa·s；或者，熔化后的防腐材料的粘度≤150pa·s。
优选地，在所述步骤3)中，旋转速率被配置成使得溶化后的防腐材料附着于所述钢管基体，或者，旋转速率被配置成使得溶化后的防腐材料不从所述钢管基体的内壁滴落。
优选地，所述分散体为粉末或颗粒。
优选地，在所述步骤2)中，在所述步骤2)中，将所述防腐材料沿所述钢管基体的轴向倾倒于所述金属基体的内壁，同时或者然后旋转所述金属基体，使得所述防腐材料分散于所述金属基体的内壁的一周；
或者，
将所述防腐材料与液体混合得到混合体，将所述混合体涂敷在所述钢管基体的内壁，干燥使得所述防腐材料附着于所述钢管基体的内壁。
优选地，所述液体是水。
优选地，所述防腐材料为可烧结无机非金属材料。
优选地，所述防腐材料为玻璃。
优选地，所述玻璃含有金属氧化物陶瓷成分、和/或碳化物陶瓷成分、和/或氮化物陶瓷成分。
本发明的有益效果为：根据本发明所制备的复合钢管中的防腐材料层的气泡少，耐磨、耐腐、耐热冲击、抗震性能强。
以下将对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
具体实施方式
本申请发明人一直致力于在钢管内壁内衬足够厚度和足够强度的玻璃或搪瓷。现有的搪瓷工艺所形成的搪瓷层的厚度和强度不理想，特别是抗热冲击、物理冲击非常差、且成本极高。于是本申请发明人完全抛弃了现有的搪瓷工艺的思路，重新开发了一种新的工艺思路。新的工艺思路可以实现在钢管内壁内衬足够厚度(例如，达到10mm)和足够强度(抗打击、抗热冲击、抗震动等)的防腐层的目的。新工艺的关键是：在钢管内壁粘附上足够量的玻璃材料/搪瓷材料(使得最终的产品具有足够厚度的防腐层)，加热钢管和玻璃/搪瓷时，高速旋转钢管(绕钢管的轴线旋转)使得熔化后的玻璃/搪瓷附着于钢管内壁。经过一系列的试验，本申请发明人发现，提高钢管旋转速度以及降低防腐材料高温粘度，有助于减少所形成的防腐材料层中的气泡，并且增加附着力和各种强度。而且，玻璃/搪瓷生产无需专用的低碳钢，大大降低了原料成本。当防腐材料高温粘度越低时，排除气泡越明显，且涂层内壁粗糙度越小。申请人发现，当钢管的旋转速率达到大约重力加速度为20米/平方秒(大约2个重力加速度)或更大时，防腐材料层内的气泡数会明显减少；当钢管的旋转速率达到重力加速度为大约40米/平方秒(大约4个重力加速度)时，防腐材料层内的气泡数会进一步明显减少。在高温加热时，防腐材料的粘度达到350pa·s时，防腐材料层内的气泡数会明显减少；防腐材料的粘度达到250pa·s时，防腐材料层内的气泡数会进一步明显减少；防腐材料的粘度达到150pa·s时，防腐材料层内的气泡数会又一步明显减少。
另外，在现有的搪瓷技术中，将搪瓷材料涂敷到金属表面的手段通常是浸塘或喷涂，如果利用同样的方法将玻璃/搪瓷粘附到钢管内壁时，有一个缺陷是不容易达到足够的量(足够的厚度)。为了解决这个问题，本申请发明人创造性地提出了一个简单的解决方案：直接将分散形式(例如颗粒或粉末)的防腐材料与水混合成糊状混合体或浆状混合体，沿钢管的轴向倾倒于钢管的内壁，同时或者然后旋转钢管，使得混合体分散于钢管的内壁的一周。
以下结合具体的实施例对本发明进一步阐述。
实施例1
(a)材料的选择
钢管基体选用内径为49mm的钢管，钢管的材料选用钢号为45的优质碳素结构钢(国际标准)，钢管长度为6m左右。
防腐材料选用玻璃粉，玻璃粉的尺寸为300目以上，成份以质量百分含量计包含70％的二氧化硅、10％的氧化钠、5％氧化钾、10％的氧化钙以及其它成分，其它成分包括氧化铝、氧化镁、氧化钡和杂质等。防腐材料的量以0.75克/平方厘米计(包括下面步骤(c)中提到的短管)。
(b)除锈和除尘
对钢管进行内部除锈和除尘处理。在现有技术中所采用的除锈(例如，用铁刷除锈)和除尘(例如，吹风处理)方法皆适用于该具体实施方式。
(c)管道端口预处理
提供由耐蚀镍基合金制成的与上述钢管的管径和厚度相同的短管，将两根短管分别焊接到钢管的两端。在现有技术中所采用的焊接方法皆适用于该具体实施方式。钢管两端的短管用于在管道铺设时焊接两根钢管。
(d)防腐材料制浆及涂敷
将防腐材料加水变成浆料，以其能挂壁管道内壁与能流动为标准。然后将浆料均匀涂敷在钢管的内壁(例如，先将浆料置于槽钢(槽钢的长度大于钢管的长度)中，槽钢伸到钢管内，旋转钢管的同时将浆料倾倒于钢管的内表面)，自然晾干或低温(小于100℃)加热保温干燥或用热吹风机从一端向另一端吹热风来实现干燥。将部分不需要内衬的短管(例如，预留2mm)刮去防腐材料。
(e)加热与冷却
旋转钢管(防腐材料的离心加速度x米/平方秒)并使得钢管以匀速通过中频加热器(将钢管加热到1100℃左右，移动速度以中间材料熔化并均匀附在管壁为宜)，然后自然冷却。
(f)产品性能
将本实施例产品沿轴向切成两半，进行性能检测，防腐材料的厚度大约在3毫米左右。以下表1描述了不同的离心加速度x所制造的产品的性能。其中，防腐层瑕疵(气泡或裂缝)情况：五星代表肉眼观察不到明显的气泡和崩裂，电火花(3万伏电压)检测缺陷没有明显的电火花；四星代表肉眼观察不到明显的气泡和崩裂，电火花(3万伏电压)检测缺陷出现少量电火花；三星代表肉眼观察不到明显的气泡和崩裂，电火花(3万伏电压)检测缺陷出现大量电火花；二星代表肉眼可见少量气泡和崩裂；一星代表肉眼可见大气泡和崩裂。抗震测试方法为：从大约5米的高度让钢管自由下落到水泥地面，观察防腐层崩裂情况。在表1所示的每个检测中(转速的一个对应数值)，各加工三根钢管，然后观察每根钢管的情况。
表1
(g)本实施例的扩展
本申请发明人还发现，在玻璃粉中，添加一定量的陶瓷成分(为了耐磨的目的)，如金属氧化物陶瓷成分、碳化物陶瓷成分、氮化物陶瓷成分等，产品性能与表1所得到的结果类似。
实施例2
(a)材料的选择
钢管基体选用内径为49mm的钢管，钢管的材料选用钢号为45的优质碳素结构钢(国际标准)，钢管长度为6m左右。
防腐材料选用玻璃粉，玻璃粉的尺寸为300目以上，成份以质量百分含量计包含70％的二氧化硅、10％的氧化钠、5％氧化钾、10％的氧化钙以及其它成分，其它成分包括氧化铝、氧化镁、氧化钡和杂质等。防腐材料的量以0.75克/平方厘米计(包括下面步骤(c)中提到的短管)。
(b)除锈和除尘
对钢管进行内部除锈和除尘处理。在现有技术中所采用的除锈(例如，用铁刷除锈)和除尘(例如，吹风处理)方法皆适用于该具体实施方式。
(c)管道端口预处理
提供由耐蚀镍基合金制成的与上述钢管的管径和厚度相同的短管，将两根短管分别焊接到钢管的两端。在现有技术中所采用的焊接方法皆适用于该具体实施方式。钢管两端的短管用于在管道铺设时焊接两根钢管。
(d)防腐材料制浆及涂敷
将防腐材料加水变成浆料，以其能挂壁管道内壁与能流动为标准。然后将浆料均匀涂敷在钢管的内壁(例如，先将浆料置于槽钢(槽钢的长度大于钢管的长度)中，槽钢伸到钢管内，旋转钢管的同时将浆料倾倒于钢管的内表面)，自然晾干或低温(小于100℃)加热保温干燥或用热吹风机从一端向另一端吹热风来实现干燥。将部分不需要内衬的短管(例如，预留2mm)刮去防腐材料。
(e)加热与冷却
旋转钢管(防腐材料的离心加速度为14米/平方秒)并使得钢管以匀速通过中频加热器(将钢管加热使得防腐材料熔化，不同的加热温度使得熔化后的防腐材料具有不同的粘度ypa·s(采用动力粘度测定法，如astmd445标准)，移动速度以中间材料熔化并均匀附在管壁为宜)，然后自然冷却。
(f)产品性能
将本实施例产品沿轴向切成两半，进行性能检测，防腐材料的厚度大约在3毫米左右。以下表2描述了防腐材料的不同粘度所制造的产品的性能。其中，防腐层瑕疵(气泡或裂缝)情况：五星代表肉眼观察不到明显的气泡和崩裂，电火花(3万伏电压)检测缺陷没有明显的电火花；四星代表肉眼观察不到明显的气泡和崩裂，电火花(3万伏电压)检测缺陷出现少量电火花；三星代表肉眼观察不到明显的气泡和崩裂，电火花(3万伏电压)检测缺陷出现大量电火花；二星代表肉眼可见少量气泡和崩裂；一星代表肉眼可见大气泡和崩裂。抗震测试方法为：从大约5米的高度让钢管自由下落到水泥地面，观察防腐层崩裂情况。在表2所示的每个检测中(粘度的一个对应数值)，各加工三根钢管，然后观察每根钢管的情况。
表1
(g)本实施例的扩展
本申请发明人还发现，在玻璃粉中，添加一定量的陶瓷成分(为了耐磨的目的)，如金属氧化物陶瓷成分、碳化物陶瓷成分、氮化物陶瓷成分等，产品性能与表2所得到的结果类似。
实施例3
(a)材料的选择
钢管基体选用内径为49mm的钢管，钢管的材料选用钢号为45的优质碳素结构钢(国际标准)，钢管长度为6m左右。
防腐材料选用玻璃粉，玻璃粉的尺寸为300目以上，成分以质量百分含量计包含氧化铝3％，二氧化硅50％，三氧化二硼20％，氧化锆3％，na2o与k2o与li2o累计15％，以及其它成分，其它成分包括氧化钙、氧化镁、杂质等。防腐材料的量以0.75克/平方厘米计(包括下面步骤(c)中提到的短管)。
(b)除锈和除尘
对钢管进行内部除锈和除尘处理。在现有技术中所采用的除锈(例如，用铁刷除锈)和除尘(例如，吹风处理)方法皆适用于该具体实施方式。
(c)管道端口预处理
提供由耐蚀镍基合金制成的与上述钢管的管径和厚度相同的短管，将两根短管分别焊接到钢管的两端。在现有技术中所采用的焊接方法皆适用于该具体实施方式。钢管两端的短管用于在管道铺设时焊接两根钢管。
(d)防腐材料制浆及涂敷
将防腐材料加水变成浆料，以其能挂壁管道内壁与能流动为标准。然后将浆料均匀涂敷在钢管的内壁(例如，先将浆料置于槽钢(槽钢的长度大于钢管的长度)中，槽钢伸到钢管内，旋转钢管的同时将浆料倾倒于钢管的内表面)，自然晾干或低温(小于100℃)加热保温干燥或用热吹风机从一端向另一端吹热风来实现干燥。将部分不需要内衬的短管(例如，预留2mm)刮去防腐材料。
(e)加热与冷却
旋转钢管(防腐材料的离心加速度x米/平方秒)并使得钢管以匀速通过中频加热器(将钢管加热到1000℃左右，移动速度以中间材料熔化并均匀附在管壁为宜)，然后自然冷却。
(f)产品性能
将本实施例产品沿轴向切成两半，进行性能检测，防腐材料的厚度大约在3毫米左右。以下表3描述了不同的离心加速度所制造的产品的性能。其中，防腐层瑕疵(气泡或裂缝)情况：五星代表肉眼观察不到明显的气泡和崩裂，电火花(3万伏电压)检测缺陷没有明显的电火花；四星代表肉眼观察不到明显的气泡和崩裂，电火花(3万伏电压)检测缺陷出现少量电火花；三星代表肉眼观察不到明显的气泡和崩裂，电火花(3万伏电压)检测缺陷出现大量电火花；二星代表肉眼可见少量气泡和崩裂；一星代表肉眼可见大气泡和崩裂。抗震测试方法为：从大约5米的高度让钢管自由下落到水泥地面，观察防腐层崩裂情况。在表3所示的每个检测中(转速的一个对应数值)，各加工三根钢管，然后观察每根钢管的情况。
表3
(g)本实施例的扩展
本申请发明人还发现，在玻璃粉中，添加一定量的陶瓷成分(为了耐磨的目的)，如金属氧化物陶瓷成分、碳化物陶瓷成分、氮化物陶瓷成分等，产品性能与表3所得到的结果类似。
实施例4
(a)材料的选择
钢管基体选用内径为49mm的钢管，钢管的材料选用钢号为45的优质碳素结构钢(国际标准)，钢管长度为6m左右。
防腐材料选用玻璃粉，玻璃粉的尺寸为300目以上，成分以质量百分含量计包含氧化铝3％，二氧化硅50％，三氧化二硼20％，氧化锆3％，na2o与k2o与li2o累计15％，以及其它成分，其它成分包括氧化钙、氧化镁、杂质等。防腐材料的量以0.75克/平方厘米计(包括下面步骤(c)中提到的短管)。
(b)除锈和除尘
对钢管进行内部除锈和除尘处理。在现有技术中所采用的除锈(例如，用铁刷除锈)和除尘(例如，吹风处理)方法皆适用于该具体实施方式。
(c)管道端口预处理
提供由耐蚀镍基合金制成的与上述钢管的管径和厚度相同的短管，将两根短管分别焊接到钢管的两端。在现有技术中所采用的焊接方法皆适用于该具体实施方式。钢管两端的短管用于在管道铺设时焊接两根钢管。
(d)防腐材料制浆及涂敷
将防腐材料加水变成浆料，以其能挂壁管道内壁与能流动为标准。然后将浆料均匀涂敷在钢管的内壁(例如，先将浆料置于槽钢(槽钢的长度大于钢管的长度)中，槽钢伸到钢管内，旋转钢管的同时将浆料倾倒于钢管的内表面)，自然晾干或低温(小于100℃)加热保温干燥或用热吹风机从一端向另一端吹热风来实现干燥。将部分不需要内衬的短管(例如，预留2mm)刮去防腐材料。
(e)加热与冷却
旋转钢管(防腐材料的离心加速度为14米/平方秒)并使得钢管以匀速通过中频加热器(将钢管加热使得防腐材料熔化，不同的加热温度使得熔化后的防腐材料具有不同的粘度ypa·s，移动速度以中间材料熔化并均匀附在管壁为宜)，然后自然冷却。
(f)产品性能
将本实施例产品沿轴向切成两半，进行性能检测，防腐材料的厚度大约在3毫米左右。以下表4描述了防腐材料的不同粘度所制造的产品的性能。其中，防腐层瑕疵(气泡或裂缝)情况：五星代表肉眼观察不到明显的气泡和崩裂，电火花(3万伏电压)检测缺陷没有明显的电火花；四星代表肉眼观察不到明显的气泡和崩裂，电火花(3万伏电压)检测缺陷出现少量电火花；三星代表肉眼观察不到明显的气泡和崩裂，电火花(3万伏电压)检测缺陷出现大量电火花；二星代表肉眼可见少量气泡和崩裂；一星代表肉眼可见大气泡和崩裂。抗震测试方法为：从大约5米的高度让钢管自由下落到水泥地面，观察防腐层崩裂情况。在表4所示的每个检测中(粘度的一个对应数值)，各加工三根钢管，然后观察每根钢管的情况。
表4
(g)本实施例的扩展
本申请发明人还发现，在玻璃粉中，添加一定量的陶瓷成分(为了耐磨的目的)，如金属氧化物陶瓷成分、碳化物陶瓷成分、氮化物陶瓷成分等，产品性能与表4所得到的结果类似。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。