一種不銹鋼管內(nèi)壁室溫熔鹽鍍鋁裝置及鍍鋁方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及室溫熔鹽鍍鋁裝置及方法，尤其是涉及一種不銹鋼管內(nèi)壁室溫熔鹽鍍鋁裝置及鍍鋁方法。
【背景技術(shù)】
[0002]核聚變是利用氘、氚的聚變反應(yīng)釋放能量。氘和氚可以從海水中提取，且不會產(chǎn)生溫室氣體和核廢料，因此核聚變能是一種安全、清潔和可持續(xù)的能源。世界多國參與的國際核聚變反應(yīng)堆(Internat1nal Thermonuclear Experimental Reactor，即 ITER)計劃[I]，是人類可控利用核聚變能的第一步。但是氚在金屬材料中具有強的滲透性，會進(jìn)入金屬內(nèi)部降低材料的性能，且其泄露會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，并對環(huán)境造成污染，因此需要在與氚接觸的細(xì)長不銹鋼管內(nèi)壁制備阻氚涂層[2]。大量研宄表明，Al2O3/富鋁涂層因具有自愈合能力等特點，是最具應(yīng)用可能的阻氚涂層。其中富鋁涂層的制備方法有:熱浸鍍鋁、包埋滲鋁、離子噴涂等，這些方法尚未達(dá)到技術(shù)上的成熟[3]，尤其是在細(xì)長管道內(nèi)壁等復(fù)雜形狀上低溫制備涂層等方面，還有待新的發(fā)展。
[0003]針對上述現(xiàn)狀，我們開發(fā)了“采用室溫熔鹽鍍鋁制備阻氫滲透涂層的方法”這一全新的技術(shù)路線，室溫熔鹽是一種全新的由離子組成的電鍍液，它與常規(guī)的水溶液電鍍液不同，可以制備水溶液電鍍難以實現(xiàn)的Al、Mg、稀土等活潑金屬及其合金[4]。我們首先采用室溫熔鹽鍍鋁的方法在基體上制備鋁鍍層，其后通過低溫?zé)崽幚砗脱趸?，制備阻氫滲透涂層。該方法已獲得了國家發(fā)明專利(200910101339) [5]。應(yīng)用該方法在HR-2、lCrl7等不銹鋼基板上制備出了無缺陷的涂層[6]，阻氚因子檢測結(jié)果表明，涂層具有優(yōu)異的阻氚性能
[7]ο該方法與現(xiàn)有的熱浸鍍鋁、滲鋁等方法相比具有以下優(yōu)勢:1)可獲得無裂紋、無界面空洞等缺陷的涂層；2)A1含量可控，容易進(jìn)行合金化；3)適合規(guī)?；苽?。但是，現(xiàn)有制備技術(shù)只適合在零部件的外表面，難以用于管道內(nèi)壁上制備涂層。同時，由于室溫熔鹽鍍鋁需要在保護(hù)氣氛手套箱中進(jìn)行，其空間受到限制，難以適合細(xì)長管道內(nèi)壁制備涂層。
[0004]目前，有關(guān)管道內(nèi)壁的電鍍技術(shù)相對成熟，有論文方面的報道，如Φ44Χ4500 mm細(xì)長鋼管內(nèi)表面鍍鉻設(shè)備[8]、環(huán)保型臥式電鍍內(nèi)壁生產(chǎn)線[9]、液壓支柱油缸內(nèi)壁流鍍銅-錫合金鍍層工藝[10]，4130鋼管內(nèi)壁環(huán)保型三價鉻鍍鉻[11]等，涉及Cr和Cu-Zn合金的水溶液電鍍。也有相關(guān)的專利技術(shù)報道，如專利00100594.4公開了一種輔助陽極噴鍍鋅液電鍍鋼導(dǎo)管內(nèi)壁設(shè)備及工藝，用于水溶液鍍鋅[12];專利200810015041.2公開了一種管道內(nèi)表面清洗和鍍膜技術(shù)及裝置，在管道內(nèi)設(shè)置可移動的導(dǎo)線電極，實現(xiàn)清洗、化學(xué)鍍和電鍍[13]。專利201010184770.8公開了一種復(fù)合式冷凝器的制造方法，在焊接的銅管內(nèi)壁流動溶液進(jìn)行電鍍[14]。但是，這些方法只適合水溶液的電鍍，其開放式的鍍液循環(huán)設(shè)備難以用于室溫熔鹽鍍鋁。此外，在室溫熔鹽鍍鋁的工程化方面，日本日新制鋼和德國BASF等公司，已建成了室溫熔鹽鍍Al的中試生產(chǎn)線[15，16]。其中有保護(hù)氣氛設(shè)備內(nèi)的周期式鍍鋁，連續(xù)式鋼帶鍍鋁，主要為解決碳鋼零部件的耐蝕鋁鍍層制備。目前未見不銹鋼管內(nèi)壁室溫熔鹽鍍鋁的文獻(xiàn)和專利報道。
[0005] [I]霍裕平，潘傳紅，李建剛.我國參加國際熱核實驗堆(ITER)計劃[J].科學(xué)時報，2006，6.28.[2]P.S.Korinkoj J.H.Scoginj E.A.Clark.Development ofAluminide Coatings for Hydrogen Isotope Permeat1n Resistance.Conferenceproceedings: TRITIUM 2001，Tsukabaj Japan, 2001，Nov.11-16.[3]G.Benamatij C.Chabrol, A.Peruj0.Development of tritium permeat1nbarriers on Al base in Europe[J].Journal of Nuclear Materials, 1999， 271& 272:391-395.[4]A.P.Abbott, G.Frisch, K.S.Ryder, Electroplating using 1nicliquids [J], Annu.Rev.Mater.Res.2013.43:335 - 58.[5]凌國平，陳長安，張桂凱，李巖，李炬，劉柯釗.采用室溫熔鹽鍍鋁制備阻氫滲透涂層的方法[P].中國專利:200910101339，2009-07-30.[6]Y.Li，B.J.Xuj G.P.Ling, et al.Format1n of aluminide coatingsby low-temperature heat treatment of Al coating electrodeposited from 1nicliquid[J].Journal of Nuclear Materials, 2011，412 (2):274-277.[7]G.K.Zhang, C.A.Chen, D.L.Luoj et al.An advance process of aluminumrich coating as tritium permeat1n barrier on 321 steel workpiece[J].Fus1nEngineering and Design, 2012，87 (7-8):1370-1375.[8]朱流榮.Φ44Χ4500鋼管內(nèi)表面鍍鉻[J].表面技術(shù).1993，22(2):66-69.[9]何鳳姣，高暉，黃宇寧，等.環(huán)保型臥式電鍍內(nèi)壁生產(chǎn)線的設(shè)計[J].材料保護(hù).2006，39(8):63-64.[10]葛祥榮.煤礦單體液壓支柱油缸內(nèi)壁流鍍銅-錫合金鍍層工藝研究[J].電刷鍍技術(shù)，1995(1):1-7.[11]Burhanuddin Kagajwala.Funct1nal Trivalent Chromium Electroplatingof Internal Diameters.Products Finishing[EB/0L]， 2013-02-01.http://www.pfonline.com/articles/ funct1nal-trivalent- chromium-electropIating-of-1nternal-diameters.[12]楊聚泰.輔助陽極噴鍍鋅液電鍍鋼導(dǎo)管內(nèi)壁設(shè)備及工藝[P]，專利申請?zhí)?00100594.4，2000-01-28.[13]魏明.管道內(nèi)表面清洗和鍍膜技術(shù)及裝置[P]，專利申請?zhí)?20081001541.2，2008-04-03.[14]劉萬輝，沈茂相.一種復(fù)合式冷凝器的制造方法[P].專利申請?zhí)?201010184770.8， 2010-05-11.[15]高橋節(jié)子，秋元菊子，佐伯功.1_7、'千少匕°>；夕二々人夕卜''41(:13系常溫型熔融塩浴力、6 ?Al ? ο § [J].表面技術(shù)，1989，40:548-552.[16]A.Alemanyj 1.Malkowskyj U.Vagt.Recent developments in the field ofaluminum deposit1n using 1nic liquids[J].Plating & Surface Finishing, 2010，6(7):34-37。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種不銹鋼管內(nèi)壁室溫熔鹽鍍鋁裝置及鍍鋁方法，本發(fā)明面向核技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域需要在細(xì)長不銹鋼管內(nèi)壁制備阻氚涂層這一技術(shù)難題，開發(fā)了大氣環(huán)境下不銹鋼細(xì)長管內(nèi)壁電鍍鋁的方法。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一、一種不銹鋼管內(nèi)壁電鍍鋁裝置
第一儲液容器中出液管經(jīng)第一個三通閥后，無鍍液的一路經(jīng)第三個三通閥與第二儲液容器連接，有鍍液的一路經(jīng)機械泵、第一個三通與第一接頭盒連接；第一儲液容器中進(jìn)液管經(jīng)第二個三通閥后，無鍍液的一路經(jīng)第四個三通閥與第二儲液容器連接，有鍍液的一路經(jīng)第二個三通與第二接頭盒連接，第一儲液容器外部纏繞加熱帶；第一接頭盒與第二接頭盒之間安裝作為陰極的待鍍管道，待鍍管道內(nèi)安裝作為陽極的鋁絲，電源的正極、負(fù)極分別與鋁絲和待鍍管道連接。
[0008]所述第二儲液容器中通入隋性氣體或放置鍍鋁后的清洗液。
[0009]二、一種不銹鋼管內(nèi)壁電鍍鋁方法，該方法的步驟如下:
(1)將待鍍不銹鋼管進(jìn)行脫脂和去氧化膜；
(2)在大氣環(huán)境下，將待鍍不銹鋼管安裝在第一接頭盒與第二接頭盒之間，陽極鋁絲安裝在待鍍不銹鋼管內(nèi)，第二儲液容器通隋性氣體吹趕裝置內(nèi)空氣后，第一儲液容器中的室溫熔鹽經(jīng)管路泵入第一接頭盒與第二接頭盒中；
(3)選擇鍍鋁工藝參數(shù)如下:
鍍液溫度為25 0C -70 °C ;鍍鋁的電流密度為l~5mA/cm2;鍍液流量范圍為400mL/min~1000mL/min ;陰、陽極間距:管道內(nèi)表面和陽極外表面的距離為2mm~4.5mm ;鍍覆時間為 60min~360min ；
(4)鍍后的不銹鋼管用酒精清洗。
[0010]所述室溫熔鹽為AlCl3-氯化1-甲基-3-乙基咪唑室溫熔鹽，氯化1-甲基-3-乙基咪挫，即為EMIC，其中A1C13/EMIC的摩爾比大于1.0，但小于等于2.0，優(yōu)選摩爾比為2.0的室溫熔鹽。
[0011]所述不銹鋼管的管道長度和內(nèi)徑比大于10。
[0012]本發(fā)明具有的有益效果是:
在大氣氣氛下，實現(xiàn)室溫熔鹽鍍鋁，使細(xì)長的不銹鋼管內(nèi)壁鍍鋁成為可能，并為今后細(xì)長管道內(nèi)壁制備阻氚涂層打下基礎(chǔ)。本發(fā)明雖然以解決不銹鋼管內(nèi)壁鍍鋁為目的，但同時適用于碳鋼、合金鋼及銅等管道內(nèi)壁制備鋁鍍層。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明實施例1中不銹鋼管內(nèi)壁鋁鍍層厚度。
[0015]圖3是本發(fā)明實施例1中鍍鋁不銹鋼管端口及其不同位置取樣照片， a:鍍液進(jìn)口端；b:鍍液出口端；c:取樣示意圖；
圖4是本發(fā)明實施例1中鍍鋁不銹鋼管取樣位置剖開照片，
a:未鍍覆；b:鍍液進(jìn)口端；c:距進(jìn)口端60mm ;d:距進(jìn)口端120mm ;e:距進(jìn)口端180mm ；f:距進(jìn)口端 25Ctam;g:距進(jìn)口端 32Ctoim ;h:距進(jìn)口端 38Ctam;1:距進(jìn)口端 44Ctam;j:鍍液出口端；
圖5是本發(fā)明實施例1中鍍層厚度與不銹鋼位置關(guān)系圖。
[0016]圖6是本發(fā)明實施例2中鍍鋁不銹鋼管截面形貌及能譜信息。
[0017]圖7是本發(fā)明實施例3中鍍鋁不銹鋼管截面形貌及能譜信息。
[0018]圖8是本發(fā)明實施例4中鍍鋁不銹鋼管端口照片。
[0019]圖9是本發(fā)明實施例5中鍍鋁不銹鋼管鍍液進(jìn)出端口照片。
[0020]圖10是本發(fā)明實施例6中不銹鋼管內(nèi)壁鋁鍍層形貌及其能譜信息。
[0021]圖11是本發(fā)明實施例7中不銹鋼管內(nèi)壁鋁鍍層形貌。
[0022]圖1中:1、第一儲液容器，2、第二儲液容器，3、第一個三通閥，4.機械泵，5、第一個三通，6、第一接頭盒，7、待鍍管道(陰極)，8、第二接頭盒，9、第二個三通，10、第二個三通閥，11、導(dǎo)線，12、鋁絲(陽極)，13、電源，14、導(dǎo)線，1