CN101532156A - 一种奥氏体不锈钢耐热防腐电加热器的生产方法 - Google Patents
一种奥氏体不锈钢耐热防腐电加热器的生产方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及电加热器件的制造技术，具体是一种奥氏体不锈钢耐热防腐电加热器的生产方法。该方法包括下列步骤：a.对奥氏体不锈钢管进行电镀，在奥氏体不锈钢管表面形成厚度为20～25μm的镀镍层；b.对具有镀镍层的不锈钢管进行高温扩散处理，具体步骤是将镀镍的奥氏体不锈钢管在通有保护气氛的高温加热炉中或将镀镍的奥氏体不锈钢管在真空热处理炉中进行扩散处理，加热温度1000～1050℃；保温时间30～40min，然后水冷或气冷。本发明采用电镀后高温扩散处理的步骤，能够将电加热器表面结合力薄弱的电镀镍层转化为具有高结合力且镍浓度梯度分布合理的镍扩散层，经过实验验证，其耐高温和耐腐蚀能力大大高于传统方法获得的产品。
Description
技术领域
本发明涉及电加热器件的制造技术，具体是一种奥氏体不锈钢耐热防腐电加热器的生产方法。
背景技术
电加热器主要用于各类制热设备中，加热温度通常在300～850℃之间，加热介质种类也较多，如水及其溶液、熔融金属等，因此要求加热器既耐高温又耐腐蚀。目前电加热器主要用材为奥氏体不锈钢。奥氏体不锈钢在500℃以下耐热防腐性能优异，但长期在大于500℃工作时，高温氧化严重，会在晶界析出碳化铬，引起晶间腐蚀，致使产品报废。一般来说，为提高奥氏体不锈钢的高温抗氧化性，通常要增加钢中铬含量，从而不得不增加奥氏体稳定化元素镍的含量，或者电加热器直接采用镍基高温合金。我国是镍资源缺乏国家，从经济和资源角度来说，在奥氏体不锈钢电加热器表面制备耐热防腐层是节约资源，延长产品使用寿命最有效的途径。当前国内外对奥氏体不锈钢表面耐热防腐层的制备方法主要有以下几种：
1、喷涂。通过等离子体喷涂，使陶瓷材料渗入基体金属表层，形成网络与超微粒并存的金属陶瓷复合涂层。金属陶瓷涂层热稳定性能好，且耐腐蚀，能满足耐高温防腐蚀的要求。但应用过程中需克服陶瓷材料的应力剥落、涂层结合力弱以及涂层厚度不够均匀等问题。
2、等离子化学气相沉积。近10年发展起来的等离子增强化学气相沉积是将低气压气体放电等离子体应用于化学气相沉积中的一项新技术，它是用辉光放电产生的等离子体激活气体分子，使化学气相的化学反应在低的温度下进行。这是一种高频辉光放电物理过程与化学反应相结合的技术。可以在不锈钢表面沉积氧化锆、氧化铝、碳化硅等陶瓷薄膜，具有高的热稳定性能。但所需设备复杂，成本较高，就电加热器尺寸而言(原始尺寸大于8m)很难实现大批量生产。
3、电镀与化学镀。在不锈钢表面电镀镍或化学镀镍磷合金可提高不锈钢在高温条件下的使用性能。镍镀层相对于不锈钢基体属于阴极性镀层，防护性能与孔隙率关系密切。镀液的配方及工艺条件是镀层的质量的关键。化学镀镍磷合金不使用外电源，以次亚酸盐为还原剂，将镍盐还原为镍，同时还原剂转变为磷，与镍一起析出，共同沉积在镀件表面形成Ni-P镀层的工艺，具有操作简单、仿型性好的特点，不存在电镀中因电力分布不均而造成深镀能力和分散能力差的问题。但化学镀液的耐用性不如电镀液。
各类涂镀技术在不锈钢表面制备的各类防护层，由于涂镀层与基材之间缺乏扩散结合或冶金结合，因此涂层与基材的结合力较弱。而奥氏体不锈钢电加热器的生产流程通常包括缩管、弯管成型等塑性变形工序，这些工序是最能考验制备的涂镀层是否能达到应用要求的重要工序。事实证明，上述单一的涂镀技术很难满足奥氏体不锈钢电加热器的生产要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种镀层防腐结合力强、耐高温和耐腐蚀能力强的奥氏体不锈钢耐热防腐电加热器的生产方法。
本发明的奥氏体不锈钢耐热防腐电加热器的生产方法包括下列步骤：
a.对奥氏体不锈钢管进行电镀，在奥氏体不锈钢管表面形成厚度为20～25μm的镀镍层；
b.对具有镀镍层的不锈钢管进行高温扩散处理，具体步骤是将镀镍的奥氏体不锈钢管在通有保护气氛的高温加热炉中或将镀镍的奥氏体不锈钢管在真空热处理炉中进行扩散处理，加热温度1000～1050℃；保温时间30～40min，然后水冷或气冷。
在上述步骤a和步骤b之间进行常规的装电阻丝和填绝缘导热粉工序，在步骤b之后进行常规的缩管、加工、去应力退火和弯管成型工序。
本发明采用电镀后高温扩散处理的步骤，能够将电加热器表面结合力薄弱的电镀镍层转化为具有高结合力且镍浓度梯度分布合理的镍扩散层，经过实验验证，其耐高温和耐腐蚀能力大大高于传统方法获得的产品。
具体实施方式
本发明方法的实施例如下：
实施例中电加热管所用材料为304不锈钢，尺寸为φ10×2600mm。生产过程：
(1)除油
工件采用超声波强化除油，使用频率16～20kHz。将切割好的304不锈钢管放入超声清洗槽中进行碱性除油，除油配方及工艺条件为：氢氧化钠50g/L；碳酸钠40g/L；磷酸钠30g/L；硅酸钠5g/L；温度70℃；20分钟。除油后工件表面先进行热水冲洗，然后再冷水冲洗。
(2)酸洗
将除油清洗后的工件放入酸洗槽中进行酸洗，酸洗溶液为体积比1∶1的盐酸和硝酸，在室温下酸洗2～5分钟。酸洗后工件表面冷水冲洗。
(3)阴极预镀镍
将酸洗清洗后的工件放入预镀槽中进行阴极预镀镍，阴极预镀镍溶液配方及工艺条件为：氯化镍240g/L；36％盐酸120ml/L；电流密度2.5A/dm2；阳极材料为普通电解镍；在室温下预镀镍1分钟。
(4)电镀镍
阴极预镀镍后立即转入镀镍槽中进行电镀镍，电镀溶液配方及工艺条件为：硫酸镍300g/L；氯化镍50g/L；硼酸40g/L；十二烷基硫酸钠0.1g/L；阳极材料为普通电解镍；温度50℃；Ph3.8～4.5；电流密度2.5A/dm2；时间30～40分钟。电镀镍层组织见图1。镀槽长度为2800mm，工件采用横向摆放，每槽施镀10根，施镀量的多少取决于镀槽的大小。
(5)在电镀后的不锈钢管中装入电阻丝和填充导热绝缘粉。
(6)高温扩散处理
对电镀镍后的不锈钢管装电阻丝，填绝缘导热粉，然后装入高温加热炉中进行加热，加热时通入氩气进行保护以防止氧化与脱碳(也可以用真空热处理炉加热)。加热温度1000～1050℃；保温时间30～40min；水冷或气冷。
(7)不锈钢电加热管成型
对高温扩散处理后的不锈钢电加热管进行缩管、加工、去应力退火，然后弯管成型。其中去应力退火加热温度200℃，保温时间1小时。
对高温扩散处理前、后的不锈钢管材料进行分析，在高温扩散处理前，电镀镍层厚度均匀且与基体有明显的分界面，而高温扩散处理后，电镀镍层向不锈钢基体进行扩散，扩散后厚度增加且镀层与基体有明显锯齿状的结合，表明镀层与基体实现了冶金结合，并且镍元素线扫描曲线显示镀层到基体镍元素浓度梯度分布合理。
对不锈钢电加热器进行耐高温试验：将奥氏体不锈钢电加热器放入箱式电阻炉中进行加热，加热温度650～750℃，保温时间10～15小时，然后空冷。结果表明，具有本发明方法获得的耐热防腐层的不锈钢电加热器表面光亮无任何的氧化，而未做防护层的不锈钢电加热器表面变黑氧化严重。
对不锈钢电加热器耐腐蚀试验：对奥氏体不锈钢电加热器进行标准盐雾试验。试验条件为：5％氯化钠溶液，工作温度35℃，连续喷雾，试验时间120小时。结果显示，具有本发明方法获得的耐热防腐层的不锈钢电加热器表面光亮洁净，而未做防护层的不锈钢电加热器表面出现大量腐蚀斑。
Claims (2)
1、一种奥氏体不锈钢耐热防腐电加热器的生产方法，其特征是：包括下列步骤，
a.对奥氏体不锈钢管进行电镀，在奥氏体不锈钢管表面形成厚度为20～25μm的镀镍层；
b.对具有镀镍层的不锈钢管进行高温扩散处理，具体步骤是将镀镍的奥氏体不锈钢管在通有保护气氛的高温加热炉中或将镀镍的奥氏体不锈钢管在真空热处理炉中进行扩散处理，加热温度1000～1050℃；保温时间30～40min，然后水冷或气冷。
2、根据权利要求1所述的奥氏体不锈钢耐热防腐电加热器的生产方法，其特征是：在步骤a和步骤b之间进行装电阻丝和填绝缘导热粉工序，在步骤b之后进行缩管、加工、去应力退火和弯管成型工序。
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