專利名稱：一種制備薄壁陶瓷內(nèi)襯層鋼管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自蔓延陶瓷內(nèi)襯鋼管技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種制備薄壁陶瓷內(nèi)襯層鋼管的方法，其改進之處是減少陶瓷內(nèi)襯層的厚度。
背景技術(shù)：
自蔓延高溫合成(Self-propagating High-temperature Synthesis，縮寫SHS)，是利用化學反應自身放熱制備材料的新技術(shù)。其最顯著的特點就是充分利用元素間形成化合物時的高能放熱反應，除了引發(fā)合成反應所必須的少量外加能量，整個反應過程主要依靠物料自身的放熱來維持。前蘇聯(lián)科學院的化學物理研究所研究了離心力對鋁熱反應的燃燒過程影響，通過離心力控制燃燒過程，離心力與SHS過程相結(jié)合產(chǎn)生了SHS-離心法。1981年日本小田原修采用鋁熱離心法制備陶瓷內(nèi)襯鋼管，并制備出大尺寸內(nèi)襯陶瓷復合鋼管。其原理是利用鋁與氧化鐵發(fā)生放熱反應，依靠放熱反應可以維持反應進行，同時反應產(chǎn)物鐵和氧化鋁瞬時熔融，在離心力的作用下，比重輕的氧化鋁分布在鋼管內(nèi)表面，比重大的鐵分布在鋼管和陶瓷層中間并將鋼管和陶瓷層結(jié)合起來。(殷聲。燃燒合成。北京冶金工業(yè)出版社，1999。220～221)Al和Fe2O3的反應式如下殷聲等人在Al和Fe2O3的反應物料中同時加入SiO2和一種或者兩種堿金屬氧化物RO或者堿土金屬氧化物R2O，混勻的物料或者鋼管帶物料預熱后點燃，形成了厚度約2mm的致密陶瓷層(中國專利90107244.3)。
目前生產(chǎn)的自蔓延陶瓷內(nèi)襯鋼管，由于鋁熱反應的產(chǎn)物為鐵和陶瓷，兩層產(chǎn)物緊密結(jié)合，實際鋼管壁厚一般增加在3mm以上，由于鋼管壁厚增加過多，在某些行業(yè)限制了陶瓷內(nèi)襯鋼管的使用，例如石油鉆井用的內(nèi)襯鋼管。另外，陶瓷層過厚也造成鋼管增重過多，不利有實際應用。
生產(chǎn)薄壁陶瓷內(nèi)襯層的困難是由于加料量減少，鋼管吸熱過多，生產(chǎn)出的陶瓷層表面粗糙，空洞多，無法實際應用，另外陶瓷層變薄，陶瓷層抗壓強度降低，陶瓷層非常容易產(chǎn)生裂紋。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備薄壁陶瓷內(nèi)襯層鋼管的方法，通過使用粒度小的反應原料(鋁粉和氧化鐵粉)提高反應的放熱量，通過提高離心力，促進自蔓延燃燒的反應溫度，通過反應型添加劑(鈦粉和氧化鐵粉)利用添加劑自身的反應放熱提高反應體系的總熱量，利用添加劑生成的產(chǎn)物降低陶瓷熔點，提高致密化程度，利用添加劑生成產(chǎn)物對氧化鋁陶瓷的燒結(jié)的促進作用，提高陶瓷層的強度。
本發(fā)明的具體工藝如下1、采用鋁粉、氧化鐵粉，反應型添加劑作為反應原料，鋁粉與氧化鐵粉的質(zhì)量比為1∶3，添加劑的含量占反應原料總重量的5～15％。添加劑由鈦粉和氧化鐵組成，其中鈦粉含量在添加劑總重量的31～100％。鋁粉，鈦粉，氧化鐵粉的粉末粒徑均小于75μm。
2、控制加料量與鋼管內(nèi)壁表面積比的范圍為0.3～0.5g/cm2。通過控制加料量，調(diào)整陶瓷內(nèi)襯層的厚度在1～1.8mm。
3、控制反應過程中原料的離心加速度，離心加速度在500～5000m/s2。
本發(fā)明的優(yōu)點在于可以制造陶瓷層厚度在1～1.8mm的陶瓷內(nèi)襯鋼管，陶瓷層致密，表面光滑，無裂紋產(chǎn)生。
具體實施例方式
實施例1.鋼管外徑Ф74mm，壁厚5.5mm，管長200mm。管內(nèi)裝入混合好的反應原料鋁粉65g，氧化鐵粉195g，反應型添加劑13g(其中鈦粉13g，氧化鐵粉0g)，鋁粉，氧化鐵粉，鈦粉的粒徑均小于75μm。鋼管夾固在離心機上，轉(zhuǎn)速1110轉(zhuǎn)/分(反應原料的離心加速度為500m/s2)，用鎢絲點燃反應物料，在離心力作用下，燃燒合成反應進行，反應結(jié)束后，在鋼管內(nèi)壁形成厚度約為1mm的致密陶瓷層，表面光滑，無裂紋。
實施例2.在同例1的鋼管中，裝入鋁粉75g，氧化鐵粉225g，反應型添加劑16g(其中鈦粉占5g，氧化鐵粉11g)，轉(zhuǎn)速3600轉(zhuǎn)/分(反應原料的離心加速度為4975m/s2)，其余步驟同例1形成陶瓷內(nèi)襯鋼管，在鋼管內(nèi)壁形成厚度約為1.5mm的致密陶瓷層，表面光滑，無裂紋。
實施例3.在同例1的鋼管中，裝入鋁粉95g，氧化鐵粉275克，反應型添加劑30g(其中鈦粉15g，氧化鐵粉15g)，轉(zhuǎn)速2700轉(zhuǎn)/分(反應原料的離心加速度為2934m/s2)，其余步驟同例1形成陶瓷內(nèi)襯鋼管，在鋼管內(nèi)壁形成厚度約為1.8mm的致密陶瓷層，表面光滑，無裂紋。
權(quán)利要求
1.一種制備薄壁陶瓷內(nèi)襯層鋼管的方法，其特征在于具體工藝為a、采用鋁粉、氧化鐵粉，反應型添加劑作為反應原料，鋁粉與氧化鐵粉的質(zhì)量比為1∶3，添加劑的含量占反應原料總重量的5～15％。添加劑由鈦粉和氧化鐵組成，其中鈦粉含量在添加劑總重量的31～100％。鋁粉，鈦粉，氧化鐵粉的粉末粒徑均小于75μm；b、控制加料量與鋼管內(nèi)壁表面積比的范圍為0.3～0.5g/cm2，通過控制加料量，調(diào)整陶瓷內(nèi)襯層的厚度在1～1.8mm；c、控制反應過程中原料的離心加速度，離心加速度在500～5000m/s2。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制備薄壁陶瓷內(nèi)襯層鋼管的方法，屬于自蔓延陶瓷內(nèi)襯鋼管技術(shù)領(lǐng)域。具體工藝為采用鋁粉、氧化鐵粉反應型添加劑作為反應原料，鋁粉與氧化鐵粉的質(zhì)量比為1∶3，添加劑的含量占反應原料總重量的5～15％。添加劑由鈦粉和氧化鐵組成，其中鈦粉含量在添加劑總重量的31～100％。鋁粉，鈦粉，氧化鐵粉的粉末粒徑均小于75μm。控制加料量與鋼管內(nèi)壁表面積比的范圍為0.3～0.5g/cm
文檔編號B22D19/08GK1772711SQ20051008680
公開日2006年5月17日 申請日期2005年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月7日
發(fā)明者郭志猛, 高峰, 林濤 申請人:北京科技大學