[发明专利]一种大口径耐磨耐蚀三元复合变径管的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及变径复合管制作技术领域，具体涉及一种由金属、陶瓷及高分子通过自蔓延高温合成技术（Self-propagating high-temperature synthesis 简称SHS）和真空离心浸渍浇注等特种方法复合加工而成的大口径耐磨耐蚀三元复合变径管的制作方法。

背景技术

我国近十几年来经济发展迅速，一系列与能源、环保相关的重大建设工程项目如烟气脱硫、煤炭变油、川气东送、油气净化、海水淡化等均在实施中。由于材料涉及腐蚀磨损和冲蚀磨损等相互作用工况，设备和管道出现过早泄漏现象频繁。尤其是沿海地区的火电厂，由于受到含颗粒泥沙海水的冲蚀磨损作用，大量灰渣输送管、冷却水循环海水管及废液处理管等，泄漏情况更为严重。据统计，我国输送管道、工艺管道和公用管道累计长达数千公里。每年管道因腐蚀、磨损、冲蚀等引起的泄漏相当频繁，维修更换量大，直接经济损失几十亿元。当今可用的管道有三类: 金属类（不锈钢管、镍磷镀层管、高铬铸钢管、高铬稀土管、渗铝管、双金属管、碳钢管等）；聚合物类（橡胶衬里钢管、塑料衬里钢管、喷塑钢管、玻璃钢管、塑料衬钢复合管、纤维增强塑料管等）；陶瓷类（铸石衬里钢管、陶瓷复合钢管、搪玻璃钢管、水泥浇铸钢管等）。这些单质管道或二元复合管，由于性能单一，界面为物理粘接，结合力弱，仅适用单纯的磨损或腐蚀工况，在复杂工况下使用时寿命均很短，有的不到一个月就泄漏，对社会经济产生了很大的影响。这其中弯管、变径管的失效最快，原因是其在输送介质过程中，其受到的磨损相对比直管高几倍至几十倍，在磨损腐蚀的交互作用下，失效也远快于直管。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于输送有腐蚀磨损、冲蚀磨损、磨损结垢及复合腐蚀等复杂介质工况，特别是火力、核发电行业汽轮机热交换使用海水循环冷却，存在海水腐蚀和泥沙磨损状况的大口径的由金属、陶瓷和高分子复合加工而成的大口径耐磨耐蚀三元复合变径管的制作方法。

本发明提出的大口径耐磨耐蚀三元复合变径管的制作方法，具体步骤如下：

(1)、采用梯度法分节分步进行自蔓延高温离心合成反应（SHS）

根据变径管的长度及大小端直径差情况，在变径管内表面分别设置一定数量的挡环，使变径管沿轴向分成多个梯度过渡，即把变径管分成多个管节（管段），一般以直径差距4mm~30mm作为一个梯度，从小直径挡环开始，将挡环固定在变径管小直径端内；在挡环内填充铝热剂，将变径管装夹置于离心机上进行旋转，使铝热剂均匀分布于挡环内，用点火器点燃铝热剂，进行自蔓延高温离心合成反应（SHS），待冷却后去除挡环再以同样方法处理变径管大一节梯度，直至最后到大直径端；反应结束后生成TiB₂/ZrB₂- Al₂O₃陶瓷；

(2)、在相邻的挡环间形成的梯度之间截面为三角的区域填充耐磨材料，耐磨材料由耐磨无机粒子和改性树脂复合粘接剂组成；

(3)：采用模型真空浇注工艺对变径管内表面进行拼混树脂浇注成型

制作与变径管内表面相应的内模，内模与步骤(2)所得陶瓷和耐磨材料层间隔控制在3mm~10mm，内模与变径管端部密封使形成一密闭空间，留两个接口，一个接口用抽真空机抽真空，控制真空度为0.1- 0.3大气压，另一个接口吸入配制好的有机/无机拼混树脂，直至填实，待时间大于或等于12小时固化结束，拆除内模完成制品。

本发明中，步骤(1)中所述铝热剂主要成分是氧化铁粉Fe₂O₃和铝粉Al，还添加有二氧化锆ZrO₂、二氧化钛TiO₂、二氧化硅SiO₂、三氧化二铝Al₂O₃和三氧化二硼B₂O₃，其中：按重量百分比计，氧化铁粉52-60%、铝粉18-24%、二氧化锆3-8%、二氧化钛3-5%、二氧化硅1- 4%、三氧化二铝1- 4%、三氧化二硼3-8%，，其总重量满足100%。使反应产物α- Al₂O₃具有高韧性，能通过中间层Fe紧密贴合于大口径变径管内表面，不会出现开裂、鼓包、翘起、脱壳等现象。