CN104694924B - 小口径异形金属管内壁耐高温陶瓷涂层的制备方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小口径异形金属管内壁耐高温陶瓷涂层的制备方法。该方法主要用于管径小于15mm，长度小于500mm，且形状不规则的管件内壁涂层制备。其主要制备工艺如下：1.涂料配制：涂料配方中主要包含硅酸盐粘结剂、耐高温陶瓷材料、溶剂以及有机添加剂。2.涂层制备：涂层制备采用灌浆法，为保证所研制涂层的均匀性，自行设计了灌浆设备和涂层均化设备。3.涂层干燥及封孔处理：在规定的制度下进行涂层的干燥和热处理，再采用自制的封孔剂对已经制得的陶瓷耐高温涂层进行封孔处理。最终得到均匀、致密，并且可在1200℃的高温环境下工作的涂层。

Description

小口径异形金属管内壁耐高温陶瓷涂层的制备方法及设备

技术领域

本发明属于涂层制备领域，具体涉及一种以陶瓷材料为主体的小口径异形金属管内壁耐高温陶瓷涂层的制备方法。

背景技术

随着科技的发展，各种燃气机、内燃机日趋小型化。其内部的导管也日趋小型化，一般管件的内径小于15mm，长度小于500mm，且形状不规则。而管件内部通过的流体（例如燃气）的温度可达1000℃，且具有较强的高温腐蚀性。目前使用的管件内壁为裸露状态，工作时内壁与高温流体直接接触，使用过程中高温流体高速通过管件，与内壁金属发生化学腐蚀。

管件内壁高温腐蚀防护涂层研究开始于50年代，从通过热扩散法制备铝化物涂层开始，到60、70年代，研究人员对渗铝工艺进行了改进，除固态渗铝法外，还出现了气相法、浆料法、真空蒸镀等方法。至80年代，开发出了MCrAlY涂层。但这些涂层的使用方向都是形状规则的零部件外表面，未见应用于口径小于10mm管内壁防护的报道。

管内涂层制备技术最早起源于原苏联。1967年原苏联科学院化学物理研究所开始对燃烧合成反应进行系统的研究，1975年第一次采用离心铝热反应制得氧化铝陶瓷内衬复合钢管。此后美国也取得了相关技术。80年代初至90年代日本的Odawara研究了陶瓷内衬复合管的显微组织、原料配方，涂料粘度，生产工艺等参数对陶瓷内衬管性能的影响。但对于口径小于10mm的弯管及异形管的相关技术同样未见报道。

发明内容

本发明致力于研制一种小口径异形金属管件内壁耐高温陶瓷涂层的制备方法，用于解决管件内壁的热腐蚀防护。制备的涂层能够有效的防止管壁发生高温反应，避免污染，减缓内部流体与管壁换热，降低管件工作温度，增加管件使用过程的安全性、可靠性和稳定性。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种小口径异形金属管内壁耐高温陶瓷涂层的制备方法，该方法中采用的涂料配方以重量份额计：硅酸盐粘结剂40-70份；耐高温陶瓷材料40-70份；溶剂5-20份；有机添加剂1-15份；封孔剂30-50份。

涂层的制备方法是通过下述步骤实现的：

步骤A.称取硅酸盐粘结剂40-70份和耐高温陶瓷材料40-70份，加入溶剂5-20份中搅拌均匀，再加入有机添加剂1-15份，球磨混合1-24h后得到耐高温可达1200℃的陶瓷涂料。

步骤B.涂覆前需要对弯管内壁进行表面清理和粗化，以进一步增强涂层的结合力。表面清洗采用磨粒流清洗的方法，防止洗液的残留对涂覆产生不良的影响。磨粒流是一种通过挤压，使具有流动性的磨料不断在加工部位流动的方法，来去除加工部位的毛刺和凸起。通过这种方法可以消除管内壁可能存在的缺陷。再使用乙醇和适当的粗化液进行清洗，去除管内残留的油脂、锈痕，完成内壁的粗化。最后对粗化后的内壁进行清洗。

步骤C.使用自行设计的灌浆设备，对小口径异形金属管内壁进行灌涂。通过控制灌浆和出浆的速度，让涂料均匀的涂覆于金属管的内壁，再将多余浆料流出。然后使用涂层均化设备表干涂层，通过改变旋转的方向、速度、时间等参数，确保在管件内壁得到致密均匀的涂层。

步骤D.采用适当的干燥和热处理制度，对进行涂层烘干处理。使涂层中的溶剂和有机添加剂挥发，剩余物质在经过高温煅烧后，形成陶瓷相，提高涂层的耐高温性能，耐水性能，抗冲刷、抗热震性能均有大幅度提高。再采用自制的封孔剂对陶瓷耐高温涂层进行封孔处理。最终制得均匀、致密，并且可在1200℃的高温环境下工作的涂层。涂层能够耐受1200℃高温流体的冲刷以及室温至1200℃冷热循环交替变化。

本发明所用灌浆设备，包括机架（10），机架（10）的上部设有压力罐（7）；中部装有可调基板（1）；下部设有出料罐（3）。所述压力罐（7）的顶部装有压力传感器（9），底部设有入料口（8）；所述出料罐（3）的上端设有出料口（4），侧面设有入气口（5），底部设有气压调节开关（6）。

本发明所用涂层均化设备，包括机架（16），机架（16）上装有具有链轮（15）的电机（14），电机（14）下设有可调基板（11），上设有旋转基板（12），旋转基板（12）设有尾端链轮（13）。

本发明的有益效果及特点：

本发明所提供的小口径异形金属管件内壁耐高温陶瓷涂层的制备方法，用于解决管件内壁的热腐蚀防护。制备的涂层能够有效的防止管壁发生高温反应，避免污染，减缓内部流体与管壁换热，降低管件工作温度，增加管件使用过程的安全性、可靠性和稳定性。本发明所用设备具有结构简单合理，生产效率高、涂层均匀、实用性强及易于推广的特点。

附图说明

图1是本发明中灌浆设备的结构示意图。

图2是图1的左视图。

图3是图1的俯视图。

图4是本发明中涂层均化设备的结构示意图。

图5是图4的左视图。

图6是图4的俯视图。

具体实施方式

实施例1

本发明的制备方法：称取按重量份额计的硅酸盐粘结剂30份，二氧化钛10份，氧化铝10份，氧化锆30份，加入15份水中搅拌混合；再加入有机添加剂5份，球磨混合4h后得到耐高温陶瓷涂料。

将直径为10mm，长度为350mm，形状不规则，材质为GH3030高温合金管件，采用磨粒流和粗化清洗后，进行涂覆。均匀表干2h；在700℃下热处理8h。再使用封孔剂30份，进行封孔，最终得到厚度为0.5mm的小口径异形金属管内壁耐高温陶瓷涂层。

实施例2

称取硅酸盐粘结剂40份，二氧化钛20份，氧化铝10份，氧化锆10份，加入10份水中搅拌混合；再加入有机添加剂10份，球磨混合6h后得到耐高温陶瓷涂料。

将直径为8mm，长度为450mm，形状不规则，材质为GH3030高温合金管件，采用磨粒流和粗化清洗后，进行涂覆。均匀表干6h；在900℃下热处理6h。再使用封孔剂15份，进行封孔，最终得到厚度为0.3mm的小口径异形金属管内壁耐高温陶瓷涂层。

本发明所使用自行设计的灌浆设备，见附图1-3。该设备，包括机架10，机架10的上部设有压力罐7；中部装有可调基板1；下部设有出料罐3。所述压力罐7的顶部装有压力传感器9，底部设有入料口8；所述出料罐3的上端设有出料口4，侧面设有入气口5，底部设有气压调节开关6，

使用时，将小口径异形管件2放在可调基板1上，调整灌浆设备可调基板1的角度，适合于异性管件的放置。小口径异性管件2两端通过胶管分别连接于出料罐3出料口4和压力罐7的入料口8。再将出料罐3的入气口5气压装置相连，通过出料罐3的气压调节开关6，调整气压的大小，进而控制浆料的出浆速度。浆料在气压的作用下，先从出料罐3入管件2中，再通过入料口5进入压力罐7。根据压力传感器9控制浆料在管件2中的位置和时间。调节气压调节开关6控制多余浆料的流出速度和时间。让涂料均匀的涂覆于金属管的内壁，再将多余浆料流出。

本发明所用涂层均化设备，见附图4-6。该设备，包括机架16，机架16上装有具有链轮15的电机14，电机14下设有可调基板11，上设有旋转基板12，旋转基板12设有尾端链轮13。

使用时，将小口径异形管件2放在涂层均匀化设备的旋转基板12上，调节可调基板11，使其角度适合于异性管件的旋转均匀化。旋转基板12的尾端链轮13与电机14的链轮15联接。通过改变电机旋转方向、速度、时间等参数，使小管进行均匀化旋转，确保在管件内壁得到致密均匀的涂层。

Claims (3)

1.一种小口径异形金属管内壁耐高温陶瓷涂层的制备方法，该方法中采用的涂料配方以重量份额计：硅酸盐粘结剂30或40份；耐高温陶瓷材料40-70份；溶剂5-20份；有机添加剂1-15份；封孔剂15或30份，该方法是通过下述步骤实现的：

步骤A.称取硅酸盐粘结剂30或40份和耐高温陶瓷材料40-70份，加入溶剂5-20份中搅拌均匀，再加入有机添加剂1-15份，球磨混合1-24h后得到耐高温可达1200℃的陶瓷涂料；

步骤B.涂覆前需要对弯管内壁进行表面清理和粗化，以进一步增强涂层的结合力，表面清洗采用磨粒流清洗的方法，防止洗液的残留对涂覆产生不良的影响，磨粒流是一种通过挤压，使具有流动性的磨料不断在加工部位流动的方法，来去除加工部位的毛刺和凸起，通过这种方法可以消除管内壁可能存在的缺陷，再使用乙醇和适当的粗化液进行清洗，去除管内残留的油脂、锈痕，完成内壁的粗化，最后对粗化后的内壁进行清洗；

步骤C.采用灌浆设备对小口径异形金属管内壁进行灌涂，通过控制灌浆和出浆的速度，让涂料均匀的涂覆于金属管的内壁，再将多余浆料流出，然后使用涂层均化设备表干涂层，通过改变旋转的方向、速度、时间参数，确保在管件内壁得到致密均匀的涂层；

步骤D.采用适当的干燥和热处理制度，对进行涂层烘干处理，使涂层中的溶剂和有机添加剂挥发，剩余物质在经过高温煅烧后，形成陶瓷相，再采用自制的封孔剂对陶瓷耐高温涂层进行封孔处理，最终制得均匀、致密，并且可在1200℃的高温环境下工作的涂层，涂层能够耐受1200℃高温流体的冲刷以及室温至1200℃冷热循环交替变化；

上述步骤C中所采用的灌浆设备，该设备包括机架(10)，机架(10)的上部设有压力罐(7)；中部装有可调基板(1)；下部设有出料罐(3)，所述压力罐(7)的顶部装有压力传感器(9)，底部设有入料口(8)；所述出料罐(3)的上端设有出料口(4)，侧面设有入气口(5)，底部设有气压调节开关(6)；

上述步骤C中所采用的涂层均化设备，该设备包括机架(16)，机架(16)上装有具有链轮(15)的电机(14)，电机(14)下设有可调基板(11)，上设有旋转基板(12)，旋转基板(12)设有尾端链轮(13)。

2.如权利要求1所述的涂层的制备方法，该方法是通过下述具体步骤实现的：

称取按重量份额计的硅酸盐粘结剂30份，二氧化钛10份，氧化铝10份，氧化锆30份，加入15份水中搅拌混合；再加入有机添加剂5份，球磨混合4h后得到耐高温陶瓷涂料；

将直径为10mm，长度为350mm，形状不规则，材质为GH3030高温合金管件，采用磨粒流和粗化清洗后，进行涂覆，均匀表干2h；在700℃下热处理8h，再使用封孔剂30份，进行封孔，最终得到厚度为0.5mm的小口径异形金属管内壁耐高温陶瓷涂层。

3.如权利要求1所述的涂层的制备方法，该方法是通过下述具体步骤实现的：

称取硅酸盐粘结剂40份，二氧化钛20份，氧化铝10份，氧化锆10 份，加入10份水中搅拌混合；再加入有机添加剂10份，球磨混合6h后得到耐高温陶瓷涂料；

将直径为8mm，长度为450mm，形状不规则，材质为GH3030高温合金管件，采用磨粒流和粗化清洗后，进行涂覆，均匀表干6h；在900℃下热处理6h，再使用封孔剂15份，进行封孔，最终得到厚度为0.3mm的小口径异形金属管内壁耐高温陶瓷涂层。