CN1317235C - 一种制备薄壁陶瓷内衬层钢管的方法 - Google Patents

一种制备薄壁陶瓷内衬层钢管的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种制备薄壁陶瓷内衬层钢管的方法，属于自蔓延陶瓷内衬钢管技术领域。具体工艺为：采用铝粉、氧化铁粉反应型添加剂作为反应原料，铝粉与氧化铁粉的质量比为1∶3，添加剂的含量占反应原料总重量的5～15%。添加剂由钛粉和氧化铁组成，其中钛粉含量在添加剂总重量的31～100%。铝粉，钛粉，氧化铁粉的粉末粒径均小于75μm。控制加料量与钢管内壁表面积比的范围为0.3～0.5g/cm2，通过控制加料量，调整陶瓷内衬层的厚度在1～1.8mm；控制反应过程中原料的离心加速度，离心加速度在500～5000m/s2。本发明的优点在于：可以制造陶瓷层厚度在1～1.8mm的陶瓷内衬钢管，陶瓷层致密，表面光滑，无裂纹产生。

Description

一种制备薄壁陶瓷内衬层钢管的方法
技术领域
本发明属于自蔓延陶瓷内衬钢管技术领域，特别是提供了一种制备薄壁陶瓷内衬层钢管的方法，其改进之处是减少陶瓷内衬层的厚度。
背景技术
自蔓延高温合成(Self-propagating High-temperature Synthesis，缩写SHS)，是利用化学反应自身放热制备材料的新技术。其最显著的特点就是充分利用元素间形成化合物时的高能放热反应，除了引发合成反应所必须的少量外加能量，整个反应过程主要依靠物料自身的放热来维持。前苏联科学院的化学物理研究所研究了离心力对铝热反应的燃烧过程影响，通过离心力控制燃烧过程，离心力与SHS过程相结合产生了SHS-离心法。1981年日本小田原修采用铝热离心法制备陶瓷内衬钢管，并制备出大尺寸内衬陶瓷复合钢管。其原理是利用铝与氧化铁发生放热反应，依靠放热反应可以维持反应进行，同时反应产物铁和氧化铝瞬时熔融，在离心力的作用下，比重轻的氧化铝分布在钢管内表面，比重大的铁分布在钢管和陶瓷层中间并将钢管和陶瓷层结合起来。(殷声。燃烧合成。北京：冶金工业出版社，1999。220～221)Al和Fe2O3的反应式如下：
殷声等人在Al和Fe2O3的反应物料中同时加入SiO2和一种或者两种碱金属氧化物RO或者碱土金属氧化物R2O，混匀的物料或者钢管带物料预热后点燃，形成了厚度约2mm的致密陶瓷层(中国专利90107244.3)。
目前生产的自蔓延陶瓷内衬钢管，由于铝热反应的产物为铁和陶瓷，两层产物紧密结合，实际钢管壁厚一般增加在3mm以上，由于钢管壁厚增加过多，在某些行业限制了陶瓷内衬钢管的使用，例如石油钻井用的内衬钢管。另外，陶瓷层过厚也造成钢管增重过多，不利有实际应用。
生产薄壁陶瓷内衬层的困难是由于加料量减少，钢管吸热过多，生产出的陶瓷层表面粗糙，空洞多，无法实际应用，另外陶瓷层变薄，陶瓷层抗压强度降低，陶瓷层非常容易产生裂纹。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备薄壁陶瓷内衬层钢管的方法，通过使用粒度小的反应原料(铝粉和氧化铁粉)提高反应的放热量，通过提高离心力，促进自蔓延燃烧的反应温度，通过反应型添加剂(钛粉和氧化铁粉)利用添加剂自身的反应放热提高反应体系的总热量，利用添加剂生成的产物降低陶瓷熔点，提高致密化程度，利用添加剂生成产物对氧化铝陶瓷的烧结的促进作用，提高陶瓷层的强度。
本发明的具体工艺如下：
1、采用铝粉、氧化铁粉，反应型添加剂作为反应原料，铝粉与氧化铁粉的质量比为1∶3，添加剂的含量占反应原料总重量的5～15％。添加剂由钛粉和氧化铁组成，其中钛粉含量在添加剂总重量的31～100％。铝粉，钛粉，氧化铁粉的粉末粒径均小于75μm。
2、控制加料量与钢管内壁表面积比的范围为0.3～0.5g/cm2。通过控制加料量，调整陶瓷内衬层的厚度在1～1.gmm。
3、控制反应过程中原料的离心加速度，离心加速度在500～5000m/s2。
本发明的优点在于：可以制造陶瓷层厚度在1～1.8mm的陶瓷内衬钢管，陶瓷层致密，表面光滑，无裂纹产生。
具体实施方式
实施例1.钢管外径Φ74mm，壁厚5.5mm，管长200mm。管内装入混合好的反应原料：铝粉65g，氧化铁粉195g，反应型添加剂13g(其中钛粉13g，氧化铁粉0g)，铝粉，氧化铁粉，钛粉的粒径均小于75μm。钢管夹固在离心机上，转速1110转/分(反应原料的离心加速度为500m/s2)，用钨丝点燃反应物料，在离心力作用下，燃烧合成反应进行，反应结束后，在钢管内壁形成厚度约为1mm的致密陶瓷层，表面光滑，无裂纹。
实施例2.在同例1的钢管中，装入铝粉75g，氧化铁粉225g，反应型添加剂16g(其中钛粉占5g，氧化铁粉11g)，转速3600转/分(反应原料的离心加速度为4975m/s2)，其余步骤同例1形成陶瓷内衬钢管，在钢管内壁形成厚度约为1.5mm的致密陶瓷层，表面光滑，无裂纹。
实施例3.在同例1的钢管中，装入铝粉95g，氧化铁粉275克，反应型添加剂30g(其中钛粉15g，氧化铁粉15g)，转速2700转/分(反应原料的离心加速度为2934m/s2)，其余步骤同例1形成陶瓷内衬钢管，在钢管内壁形成厚度约为1.8mm的致密陶瓷层，表面光滑，无裂纹。

Claims (1)

1、一种制备薄壁陶瓷内衬层钢管的方法，其特征在于：具体工艺为：
a、采用铝粉、氧化铁粉，反应型添加剂作为反应原料，铝粉与氧化铁粉的质量比为1∶3，添加剂的含量占反应原料总重量的5～15％；添加剂由钛粉和氧化铁组成，其中钛粉含量占添加剂总重量的31～100％；铝粉，钛粉，氧化铁粉的粉末粒径均小于75μm；用钨丝点燃反应物料，在离心力作用下，燃烧合成反应进行，反应结束后，在钢管内壁形成致密陶瓷层；
b、控制加料量与钢管内壁表面积比的范围为0.3～0.5g/cm2，通过控制加料量，调整陶瓷内衬层的厚度在1～1.8mm；
c、控制反应过程中原料的离心加速度，离心加速度在500～5000m/s2。
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