CN101576178B - 金属陶瓷复合管的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了金属陶瓷复合管的制作方法，1、去除金属管内壁的油污；2、去除金属管内壁的氧化皮，露出新鲜的金属基体；3、在金属管内填充粉末状陶瓷颗粒和自燃物的混合物；4、把内部充满陶瓷颗粒和自燃物的管子两端封口，其一端装有导火引入线，另一端带有废气排出孔，导火引入线与自燃物连通；5、将金属管夹持，并使金属管以一定的转速旋转；6、把导火引入线点燃，导火引入线再点燃自燃物；自燃物燃烧并发出热量，使管内的粉末状陶瓷颗粒熔化成液状，在旋转的离心力作用下紧贴管内壁，均匀涂覆在管内壁；7、对管子的内孔磨削精整处理。本发明的方法，利用自蔓延燃烧反应生成的热量熔化陶瓷材料；旋转的离心力使实体材料紧贴管壁，形成牢固的内壁熔敷陶瓷层，确保陶瓷层在较长的使用中不脱落，延长其使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属陶瓷复合管的制作方法，尤其是内壁具有高性能的金属陶瓷复合层的金属陶瓷复合管的制作方法。
背景技术
随着科学技术的发展，制造业也在突飞猛进，特别是航空航天等军事工业，以及压力容器、核反应堆、输油管道、化工管道均需要管体内壁具有耐高温、耐冲刷、耐辐射、耐腐蚀等性能的陶瓷涂层。众所周知，一般的陶瓷(包括金属陶瓷)具有高硬度、高耐磨性，但一般陶瓷材料很脆，难以成形加工。所以靠单一的陶瓷管和单一的金属管均很难承受上述工况要求；不少机器零件工作状况十分恶劣，如高温、高压、强烈的腐蚀气氛、高冲击、高磨损等，为此一般材料的管类很难承受。例如在长期腐蚀溶液中工作的化工管类，以及长期在高温条件下工作的管类(如航天发动机的燃烧喷嘴)等。目前国内外多采用以下两种方法制作：
(一)选用耐热钢或耐腐蚀钢及耐磨钢。实践证明这种方法远远赶不上技术发展的需要，只靠单一研制新的钢种在要求苛刻的工况条件下已很难达到要求。
(二)采用一般喷焊或堆焊的方法，在耐热钢或耐热铸铁表面熔敷一层耐磨、耐热的高合金钢材料。由于管结构长度和直径的限制，该方法对内孔直径较狭窄的细长形状管则无能为力。
在名称为“一种纳米结构金属丝网-陶瓷复合内衬金属管”、专利号为ZL02114634.9的发明专利所公开的技术方案，根据管道尺寸编织金属丝网，在陶瓷耐磨材料涂附在金属丝网上并碾压，使陶瓷颗粒嵌入金属丝网得空隙中；将裁剪好的带有陶瓷颗粒的金属丝网设置在管道内壁并进行碾压，使其紧贴管道内壁；对带有金属丝网的管道进行加热固化，冷却后得到金属丝网-陶瓷复合内衬金属管。该种制作方法，主要的不足是金属丝网与管道内壁的结合不紧密，内衬的金属丝网的厚度不均匀，工艺复杂、成本高等。
发明内容
本发明针对现有技术的内衬陶瓷材料的金属管道制作方法的上述不足，提供一种操作简单、陶瓷与管道内壁紧密结合、制作成本较低的金属陶瓷复合管的制作方法。
本发明的技术方案：金属陶瓷复合管的制作方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)、去除金属管内壁的油污；
(2)、去除金属管内壁的氧化皮，露出新鲜的金属基体；
(3)、在金属管内填充粉末状陶瓷颗粒和自燃物的混合物；
(4)、把内部填充了陶瓷颗粒和自燃物的管子两端封口，其一端装有导火引入线，另一端带有废气排出孔；
(5)、将两端封口、内装预先配比的粉末状陶瓷颗粒和自燃物的混合物的金属管夹持，并使金属管以一定的转速旋转；
(6)、把旋转的管子一端露出的导火引入线点燃，导火引入线再点燃自燃物；自燃物燃烧并发出热量，使管内的粉末状陶瓷颗粒熔化成液状，在旋转的离心力作用下紧贴管内壁，均匀涂覆在管内壁；经冷却后凝固在管内壁上，在管内壁形成金属陶瓷复合层。
(7)、将内壁具有金属陶瓷复合层的管子进行内孔磨削精整处理，得到符合要求的金属陶瓷复合管。
进一步的特征是：所述的去除金属管内壁油污的方法，用金属丝或金属棒做直流电源正极，与直流电源正极连接，金属管内壁为直流电源的负极，与直流电源负极连接；在正极的金属丝上缠有脱脂耐磨绒；通电后正、负极相对运动一段时间，同时向金属管内壁通入电解液，电解液是碱性溶液，金属丝连同脱脂耐磨绒在金属管内壁表面转动，去除金属管内壁的油污。
所述的去除金属管内壁氧化皮的方法，金属丝为负极，与直流电源负极连接，金属管内壁为正极，与直流电源正极连接；通电后正、负极相对运动一段时间，金属丝在金属管内壁表面转动，同时向金属管内壁喷电解液，电解液为酸性容易。
采用振动超硬磨削方法，将内壁具有金属陶瓷复合层的管子进行磨削处理。
本发明的金属陶瓷复合管的制作方法，相对于现有技术，具有如下特点：
1、利用自蔓延燃烧反应生成的热量熔化连接材料和部分陶瓷材料；利用旋转的离心力使反应生成的实体材料紧贴管壁，形成牢固的内壁熔敷陶瓷层，使陶瓷与管道内壁紧密结合，确保陶瓷层在较长的使用中不脱落，延长其使用寿命。
2、操作简单、方便，能降低金属陶瓷复合管的制作成本。
3、能够使用在多种管道上，尤其能使用在内孔直径较小的细长状管道上。
具体实施方式
本发明的金属陶瓷复合管的制作方法，其特征在于包括如下步骤：
1、去除金属管内壁的油污；除了现有的去除金属管内壁油污的方法外，本发明提供的具体采用电解除油的办法：用一金属丝或金属棒做直流电源正极，与直流电源正极连接，金属管内壁为直流电源的负极，与直流电源负极连接；在正极的金属丝或金属棒上缠有脱脂耐磨绒，电解液为除油效果好的碱性溶液，如NaOH水溶液等。通电后正、负极相对运动一段时间，如30sec～1min，同时向金属管内壁喷入或通入电解液，金属丝连同脱脂耐磨绒在金属管内壁表面转动，去除金属管内壁的油污；而后用自来水冲洗干净。
2、去除金属管内壁的氧化皮，露出新鲜的金属基体；除了现有的去除金属管内壁的氧化皮方法外，本发明提供的具体方法是：采用如步骤1同样的装置，其电解液更换为稀盐酸、稀硫酸、醋酸等酸性溶液，金属丝为负极，与直流电源负极连接，金属管内壁为正极，与直流电源正极连接。通电后正、负极相对运动一段时间，30sec～1min，同时向金属管内壁喷电解液，金属丝在金属管内壁表面转动，能去除金属管内壁的氧化皮，露出新鲜的金属基体；而后用自来水冲洗干净。
3、在金属管内填充粉末状陶瓷颗粒和自燃物的混合物；该粉末状陶瓷颗粒按照金属管的不同使用场合而有多种不同的成分和颗粒要求，其金属陶瓷种类可按要求而异，如Al2O3，SiO2，Si3N4，ZrO2，TiC，TiN，Co-WC等；自燃物是燃点较低的可燃物质。
可按不同用途在金属管内壁复合不同的陶瓷层。如在20号钢管内复合Si3N4陶瓷涂层(主要是耐高温、高硬度)时。金属管内装硅粉60％wt(平均粒度6.3μm)Si3N4陶瓷粉40％wt(平均粒度0.6μm)。管的点火端放入一层易燃的钛粉，用电热丝发热点燃钛粉，再引燃硅粉，并在管内通氮气。硅粉可和氮气反应生成Si3N4，再加上原有的Si3N4则可使管内壁形成Si3N4陶瓷层。其硅粉成分(wt％)为：
Si 92～99；Fe 1.02；O 0.11；Mg≤0.01；Mn＜0.01；Ca＜0.01
如果根据需要，管内壁为其他陶瓷涂层如Al2O3，TiC，TiN等，则可按上述Si3N4陶瓷涂层的形成工艺类推，只是陶瓷的成分有差异；粉末状陶瓷颗粒和自燃物的混合比例有多种，符合工艺要求即可。自燃物可为镁粉、铝粉、锰粉、磷粉、硫粉等金属粉末。
4、把内部全部或部分填充了陶瓷和自燃物的管子两端封口，其一端装有导火引入线，导火引入线与自燃物连通，其另一端带有废气排出孔。其导火引入线和废气排出孔最好位于两端封头的中部。导火引入线为常用的自燃型导火线，或电源线经通电后电热丝发热，点燃低燃点的可燃物质。
5、将两端封口、内装预先配比的粉末状陶瓷颗粒和自燃物的混合物的金属管夹持，并使金属管以一定的转速旋转。金属管的转速按照不同使用场合而有不同，满足工艺要求即可。具体选取金属管的转速时，可根据管径的大小而异，其旋转速度大概为100r/min。
6、把旋转的管子一端露出的导火引入线点燃，导火引入线再点燃自燃物；自燃物燃烧并发出热量，使管内的粉末状陶瓷颗粒熔化成液状，在旋转的离心力作用下紧贴管内壁，均匀涂覆在管内壁；经冷却后凝固在管内壁上，在管内壁形成金属陶瓷复合层。
7、采用振动磨削法将具有金属陶瓷内壁的管子进行内孔磨削精整。
为了保证金属管内孔磨削的效果，可采用振动超硬磨削方法，采用的磨头为金刚石或类金刚石材料，在磨削时除磨头转动外，磨削还另外施加超声振荡。可根据复合陶瓷涂层的硬度具体选择磨削速度等工艺参数。
Claims (3)
1.金属陶瓷复合管的制作方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)、去除金属管内壁的油污；所述去除金属管内壁油污的方法是：用金属丝或金属棒做直流电源正极，与直流电源正极连接，金属管内壁为直流电源的负极，与直流电源负极连接；在正极的金属丝上缠有脱脂耐磨绒；通电后正、负极相对运动一段时间，同时向金属管内壁通入电解液，电解液是碱性溶液，金属丝连同脱脂耐磨绒在金属管内壁表面转动，去除金属管内壁的油污；
(2)、去除金属管内壁的氧化皮，露出新鲜的金属基体；
(3)、在金属管内填充粉末状陶瓷颗粒和自燃物的混合物；
(4)、把内部填充了陶瓷颗粒和自燃物的管子两端封口，其一端装有导火引入线，另一端带有废气排出孔，导火引入线与自燃物连通；
(5)、将两端封口、内装预先配比的粉末状陶瓷颗粒和自燃物的混合物的金属管夹持，并使金属管以一定的转速旋转；
(6)、把旋转的金属管的导火引入线点燃，导火引入线再点燃自燃物；自燃物燃烧并发出热量，使管内的粉末状陶瓷颗粒熔化成液状，在旋转的离心力作用下紧贴管内壁，均匀涂覆在管内壁；经冷却后凝固在管内壁上，在管内壁形成金属陶瓷复合层；
(7)、将内壁具有金属陶瓷复合层的管子进行内孔磨削精整处理，得到符合要求的金属陶瓷复合管。
2.根据权利要求1所述的金属陶瓷复合管的制作方法，其特征在于：所述的去除金属管内壁氧化皮的方法，金属丝为负极，与直流电源负极连接， 金属管内壁为正极，与直流电源正极连接；通电后正、负极相对运动一段时间，金属丝在金属管内壁表面转动，同时向金属管内壁喷电解液，电解液为酸性溶液。
3.根据权利要求1所述的金属陶瓷复合管的制作方法，其特征在于：采用振动超硬磨削方法，将内壁具有金属陶瓷复合层的管子进行磨削处理。
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