專利名稱：添加納米添加劑制備陶瓷內(nèi)襯復合鋼管的反應物料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制備陶瓷內(nèi)襯復合鋼管的反應物料。
背景技術：
自蔓延高溫合成(Self-propagating High-temperature Synthesis,縮寫 SHS),也稱燃燒合成，其基本原理是利用外部提供的能量使高放熱反應體系產(chǎn)生局部燃燒，反應 形成前沿燃燒波，在自身放出熱量的支持下，反應隨著燃燒波繼續(xù)向前推進，反應并合成具有指定成分和結(jié)構的燃燒產(chǎn)物。自蔓延高溫合成技術主要分為離心-SHS技術和重力分離SHS技術。離心-SHS技術由離心鑄造技術與自蔓延高溫合成技術組成，是一種在鋼管內(nèi)壁涂敷陶瓷層制備復合鋼管的工藝方法。SHS技術最早起源于前蘇聯(lián)。1967年原蘇聯(lián)科學院化學物理研究所的Borovinskaya和Merzhanov開始對燃燒合成反應進行系統(tǒng)研究，1975年原蘇聯(lián)的Juganson等人第一次采用鋁熱反應制得了氧化鋁陶瓷內(nèi)襯復合鋼管，并于1977年2月獲得美國專利。1977 年 9 月，1978 年 10 月美國的 Arther J. Pignocco 和 Rodert. H. Rachik 先后獲準了用離心SHS法制取陶瓷襯管的專利。除了 Fe2O3-Al系外，他們還開發(fā)了 NiO-Al和CoO-Al系，并采用Al2O3作為稀釋劑。1980年，日本的小田原修(Odawara)在原蘇聯(lián)和美國的基礎上進行了離心SHS陶瓷襯管的研究，于1981年發(fā)表了第一篇這方面的研究論文，1982年獲得美國專利。我國從80年代后期才開始SHS陶瓷襯管研究工作，目前從事這方面研究工作的主要有原輕工部電光源研究所，北京科技大學，華東理工大學，武漢工業(yè)大學中俄SHS技術聯(lián)合研究中心等單位。其中北京科技大學研究的比較深入、系統(tǒng)。他們對SHS陶瓷復合管的組織性能、應力分布、裂紋成因、燃燒特性等進行了深入的研究。華東理工大學在SHS陶瓷內(nèi)襯管的工業(yè)化生產(chǎn)，尤其是直徑500mm以上大直徑復合管工業(yè)化生產(chǎn)及靜態(tài)鋁熱融附成型制備彎管等方面研究的較多。在鋁熱劑中摻雜添加劑可以有效改善陶瓷復合鋼管的性能。根據(jù)添加劑對SHS燃燒過程的影響，一般將其分為二類:一類為參與SHS反應，對燃燒過程具有促進作用的化學激活劑，它能夠加快燃燒過程、提高反應速率，降低陶瓷層尖晶石亞穩(wěn)相含量，從而提高陶瓷層的硬度和耐磨性，如Cr03、KNO3, KMnO4等；但化學激活劑的添加量需要得到控制，并最好與稀釋劑配合使用。另一類為不參與SHS反應，對燃燒過程具有抑制作用的稀釋劑，它的加入降低了燃燒溫度和蔓延速率，使反應轉(zhuǎn)化率降低，從而提高陶瓷層的致密度和耐腐蝕性，如SiO2、CaO> NaF、鐘長石等。夏天東等在《熱加工工藝》2000年第2期“Cr03對陶瓷復合鋼管致密化及力學性能的影響”文中提到添加CrO3可以有效提高復合鋼管的致密度，隨著添加量增加，復合鋼管的壓潰強度略有升高，但影響不是很明顯；李冬黎等在《機械工程材料》2001年第25卷第3期“Si02對陶瓷復合鋼管孔隙度和力學性能的影響”文中提到添加適量SiO2，可以提高復合鋼管的剪切強度，但對其壓潰強度影響卻不明顯；郭伏安等在《湖南有色金屬學報》2002年第18卷第6期“離心自蔓延高溫合成陶瓷內(nèi)襯復合鋼管的研究與應用”文中提到添加SiO2可以增加復合管的致密度和耐腐蝕性，但降低了陶瓷層硬度。上述自蔓延高溫合成復合管所用反應物料配方中，大多都采用單一添加劑，且添加劑粒度都為微米級顆粒，并只能提高復合鋼管的部分性能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可提高復合鋼管性能的添加納米添加劑制備陶瓷內(nèi)襯復合鋼管的反應物料。本發(fā)明的技術解決方案是
一種添加納米添加劑制備陶瓷內(nèi)襯復合鋼管的反應物料，其特征是它由鋁粉、氧化鐵粉、二氧化硅、四硼酸鈉及納米添加劑組成；所述納米添加劑為二氧化鋯、二氧化鈦或稀土。
所述的添加納米添加劑制備陶瓷內(nèi)襯復合鋼管的反應物料，其特征是由下列重量百分比的成分組成
鋁粉21 23%，氧化鐵粉60 66%，二氧化硅4 6%，四硼酸鈉4 6%，納米二氧化鋯I 8% ；或鋁粉21 23%，氧化鐵粉60 66%，二氧化硅4~8%，四硼酸鈉4~8%，納米二氧化鈦Γ 0% ；
或鋁粉21 23%，氧化鐵粉60 66%，二氧化硅4 6%，四硼酸鈉4 6%，納米稀土 I 10%。所述的添加納米添加劑制備陶瓷內(nèi)襯復合鋼管的反應物料，其特征是鋁粉、氧化鐵粉、二氧化硅及四硼酸鈉粒度均在100-200目之間，純度均大于99% ;納米添加劑二氧化鋯、二氧化鈦及稀土粒度均在IO-IOOnm之間，純度均大于99%。本發(fā)明的優(yōu)點是(1)加入納米添加劑的反應物料制備的復合鋼管陶瓷層致密，表面光滑，無裂紋。(2)加入納米添加劑的反應物料制備的復合鋼管的壓剪強度和壓潰強度得到提高，尤其是壓潰強度得到大幅度提高，從而提高了復合鋼管陶瓷層與鋼管基體的結(jié)合強度。(3)加入納米添加劑的反應物料制備的復合鋼管可用在礦山、石油、電力、冶金、化工等領域。下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
具體實施例方式實施例I :鋼管外徑70mm,壁厚IOmm,管長150mm。在鋼管內(nèi)裝入混合后的反應物料鋁粉22%，氧化鐵粉66%，二氧化硅5%，四硼酸鈉4%，納米二氧化鋯3%。將填滿反應物料的鋼管固定在離心裝置上，開動離心裝置，轉(zhuǎn)速為1200-1600r/min，室溫狀態(tài)下，采用氧-乙炔火焰點燃鋼管，反應結(jié)束后，在室溫冷卻下即可制得陶瓷內(nèi)襯復合鋼管。本配方制備的陶瓷復合鋼管孔隙率彡7. 0%，壓剪強度彡15Mpa，壓潰強度彡470Mpa。實施例2:鋼管外徑65mm,壁厚IOmm,管長160mm。在鋼管內(nèi)裝入混合后的反應物料鋁粉21%，氧化鐵粉61%，二氧化硅6%，四硼酸鈉4%，納米二氧化鈦8%。將填滿反應物料的鋼管固定在離心裝置上，開動離心裝置，轉(zhuǎn)速為1200-1600r/min，室溫狀態(tài)下，采用氧-乙炔火焰點燃鋼管，反應結(jié)束后，在室溫冷卻下即可制得陶瓷內(nèi)襯復合鋼管。本配方制備的陶瓷復合鋼管孔隙率彡8. 0%，壓剪強度彡13Mpa，壓潰強度彡525Mpa。實施例3:鋼管外徑65mm,壁厚IOmm,管長160mm。在鋼管內(nèi)裝入混合后的反應物料鋁粉22%，氧化鐵粉66%，二氧化硅4%，四硼酸鈉6%，納米稀土 2%。將填滿反應物料的鋼管固定在離心裝置上，開動離心裝置，轉(zhuǎn)速為1200-1600r/min，室溫狀態(tài)下，采用氧-乙炔火焰點燃鋼管，反應結(jié)束后 ，在室溫冷卻下即可制得陶瓷內(nèi)襯復合鋼管。本配方制備的陶瓷復合鋼管孔隙率彡6. 0%，壓剪強度彡lOMpa，壓潰強度彡450Mpa。
權利要求
1.一種添加納米添加劑制備陶瓷內(nèi)襯復合鋼管的反應物料，其特征是它由鋁粉、氧化鐵粉、二氧化硅、四硼酸鈉及納米添加劑組成；所述納米添加劑為二氧化鋯、二氧化鈦或稀土。
2.根據(jù)權利要求I所述的添加納米添加劑制備陶瓷內(nèi)襯復合鋼管的反應物料，其特征是由下列重量百分比的成分組成 鋁粉21 23%，氧化鐵粉60 66%，二氧化硅4 6%，四硼酸鈉4 6%，納米二氧化鋯I 8% ； 或鋁粉21 23%，氧化鐵粉60 66%，二氧化硅4~8%，四硼酸鈉4~8%，納米二氧化鈦Γ Ο% ； 或鋁粉21 23%，氧化鐵粉60 66%，二氧化硅4 6%，四硼酸鈉4 6%，納米稀土 I 10%。
3.根據(jù)權利要求I所述的添加納米添加劑制備陶瓷內(nèi)襯復合鋼管的反應物料，其特征是鋁粉、氧化鐵粉、二氧化硅及四硼酸鈉粒度均在100-200目之間，純度均大于99% ;納米添加劑二氧化鋯、二氧化鈦及稀土粒度均在IO-IOOnm之間，純度均大于99%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種添加納米添加劑制備陶瓷內(nèi)襯復合鋼管的反應物料，它由鋁粉、氧化鐵粉、二氧化硅、四硼酸鈉及納米添加劑組成；所述納米添加劑為二氧化鋯、二氧化鈦或稀土。本發(fā)明加入納米添加劑的反應物料制備的復合鋼管陶瓷層致密，表面光滑，無裂紋；加入納米添加劑的反應物料制備的復合鋼管的壓剪強度和壓潰強度得到提高，尤其是壓潰強度得到大幅度提高，從而提高了復合鋼管陶瓷層與鋼管基體的結(jié)合強度；加入納米添加劑的反應物料制備的復合鋼管可用在礦山、石油、電力、冶金、化工等領域。
文檔編號C04B35/63GK102815950SQ201210325390
公開日2012年12月12日 申請日期2012年9月6日 優(yōu)先權日2012年9月6日
發(fā)明者倪紅軍, 朱昱, 黃鋒, 汪興興, 黃明宇, 李志揚, 葛禹錫 申請人:南通大學