[发明专利]一种高界面结合强度陶瓷外衬钢管的制备方法

说明书

本发明公开了一种高界面结合强度陶瓷外衬钢管的制备方法，属于表面处理技术领域，本发明提出了自蔓延高温合成制备陶瓷外衬钢管的方法，通过空心隔断环将待镀小钢管放置于隔断环之间的区域内，若干根小钢管贴附于大钢管内壁并随之公转和自转，在离心力作用下，自蔓延高温合成熔融态的Al₂O₃和Fe，密度稍重的Fe先沉积在小钢管上，然后密度稍轻的Al₂O₃后沉积在小钢管上，其界面结合性能、力学性能均优于常规表面技术所制备的陶瓷外衬钢管；本发明制备的陶瓷外衬钢管，设备简单、工艺简便、生产效率高、原料成本低，制备出的陶瓷外衬钢管具有高致密度、高强度、高界面结合强度、高耐磨性、高冲击韧性、高耐蚀性等优点。

技术领域

本发明属于表面处理技术领域，具体涉及一种高界面结合强度陶瓷外衬钢管的制备方法。

背景技术

表面处理技术在国防工业和国民经济发展中发挥着越来越重要的作用，附着于基体材料上的涂层材料可使其耐磨、减摩、防腐蚀、隔热、耐烧蚀、耐腐蚀等，也可使其具有光、电、声、磁、热、生物等功能特性，还可大大提升产品品质，实现产品微小化，从而使其技术经济效益成倍提高。因此，涂层材料在传统材料的高效利用与新材料的研发过程中充当了重要的桥梁作用。新材料的设计、研发所需周期较长且价格昂贵，通过表面工程技术在基体材料表面制备涂层材料来开发新材料是一种另辟蹊径的巧妙办法，所获得的新材料兼具基体材料的性能和表面材料的新特性，这样便大大缩短了新材料的研发周期和降低了新材料的研发成本。

目前，表面处理技术主要包括三大类：(1)以大气等离子喷涂、超音速等离子喷涂、火焰喷涂、电弧喷涂、冷喷涂等为代表的喷涂技术，其主要沉积形式为颗粒沉积，界面结合机理为机械啮合；(2)以化学气相沉积、磁控溅射、离子镀、蒸发镀等为代表的气相沉积技术，其主要沉积形式为原子沉积，界面结合机理为机械啮合或冶金结合；(3)以电火花沉积、激光熔覆等为代表的熔覆技术，采用将待熔覆粉末铺于基体表面并对其进行高温熔化形成涂层，其结合机理为冶金结合。这三大类方法普遍存在制备涂层时工艺复杂、耗时长、生产效率不高的缺点；前面两大类方法以机械啮合结合机理为主，还存在界面结合强度不高的问题，容易在外力作用下或苛刻环境服役时破裂或脱落；第三大类方法界面强度高，但需提供外加热源，耗能高，且长时间的熔覆过程造成的高温容易导致基体变形。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种工艺简单、能耗低、生产效率高、力学性能优异的高界面结合强度陶瓷外衬钢管的制备方法。

本发明提供一种高界面结合强度陶瓷外衬钢管的制备方法，包括以下步骤：

(1)钢管组件的组装：将N个(N≥1)隔断环安装于载料大钢管内，隔断环的径向平面垂直于载料大钢管的轴线，通过隔断环将载料大钢管隔离成N+1个区域，在每个区域放置若干端口密封的待镀小钢管，小钢管可随着载料大钢管进行公转和自转；

(2)通过隔断环的空心部分将预热后的铝热剂物料输送至载料大钢管内，经顺、逆时针预混，点火，铝热剂物料和小钢管随高速离心机的转动而产生高速离心旋转，快速自蔓延反应形成的高温熔化了铝热剂反应产物Al₂O₃和Fe，使之在离心力的作用下以熔滴形式甩贴到小钢管外壁和大钢管内壁上，形成具有优良结合性能的大钢管内衬和小钢管外衬；

(3)在大钢管冷却前迅速取出小钢管，得到高致密度高界面结合强度的陶瓷外衬钢管。

优选的，所述隔断环为空心结构，隔断环的材质是Fe、Ni、Co基合金材料，隔断环的外壁与大钢管的内壁紧密贴合，通过过盈配合的方式连接，保证隔断环在转动过程中固定不动。

优选的，采用1～2个隔断环，隔断环的空心结构有利于输运反应物料，其厚度为1～5mm，宽度大于待镀小钢管直径10～100mm，以便遮挡住小钢管，使之仅在隔断环之间随大钢管公转和自转。