專利名稱：一種三元復(fù)合鋼管結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本項(xiàng)實(shí)用新型是一種三元復(fù)合鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這種三元復(fù)合鋼管結(jié)構(gòu)具有非常優(yōu)異的抗磨耐蝕性能和防磨緩垢功能。在耐磨損防腐蝕領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在電力、化工、石油、石油化工、冶金、核電、煤炭、礦山、建筑、制藥等行業(yè)中防磨耐蝕型管道有著廣泛的應(yīng)用。尤其對適合用在腐蝕與磨損或磨損與結(jié)垢如輸送含灰渣顆粒的腐蝕性液體以及含顆粒廢液流體的工況下運(yùn)行的各種管道，需求量相當(dāng)大。然而，材料腐蝕問題是世界性難題，在工程構(gòu)件應(yīng)用時(shí)，材料失效的主要形式是腐蝕、磨損及斷裂，其中腐蝕與磨損就占材料失效總數(shù)的80％以上。尋找新型防磨耐蝕材料仍為當(dāng)今技術(shù)前沿，具有極大社會和經(jīng)濟(jì)效益。
目前國內(nèi)外在耐磨損防腐蝕領(lǐng)域使用的管道為金屬管道，聚合物管道，無機(jī)材料管道以及由兩種材料構(gòu)成的復(fù)合管道，如不銹鋼管、10CrMoAl鋼管、高鉻合金鑄鋼管、高鉻合金鑄鐵管、鍍鋅鋼管，超高分子量聚乙烯管、玻璃鋼管，以及各種復(fù)合管道如鑄石復(fù)合鋼管、陶瓷復(fù)合鋼管、水泥澆鑄復(fù)合鋼管樹脂噴塑管、塑料內(nèi)襯復(fù)合鋼管、橡膠襯里復(fù)合鋼管、聚四氟乙烯內(nèi)襯鋼管等。然而，目前在石油化工、化工、電力、煤炭、制藥、造紙、印刷、冶金、建材、海洋等部門服役的由這些材料制成的工程構(gòu)件，常常因各種化學(xué)腐蝕介質(zhì)、腐蝕性氣體及海材料的使用壽命水等環(huán)境介質(zhì)的作用被腐蝕掉，尤其在較高操作溫度下，并伴有腐蝕與磨損共存的工況條件，材料的使用壽命極為有限，使用過程中發(fā)生的維修量及其二次費(fèi)用均很大。這是因?yàn)椴牧媳旧淼墓δ芫窒?，僅具耐磨或僅具耐蝕單一性能造成。如何有效解決在諸如較高運(yùn)行溫度、腐蝕與磨損、磨損與結(jié)垢以及重防腐等復(fù)雜工況下管道使用的短壽命問題的十分迫切亟待解決。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、抗磨損抗腐蝕效果優(yōu)良的三元復(fù)合鋼管。
本項(xiàng)實(shí)用新型是一種三元復(fù)合鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。目前在耐磨損防腐蝕領(lǐng)域使用的管道除了由單一材料構(gòu)成的管道外，使用效果比較好的是由兩種材料構(gòu)成的復(fù)合管道。如由兩種聚合物材料構(gòu)成的樹脂噴塑管、聚合物與金屬構(gòu)成的塑料內(nèi)襯復(fù)合鋼管、橡膠襯里復(fù)合鋼管、聚四氟乙烯內(nèi)襯鋼管以及由陶瓷與金屬構(gòu)成的復(fù)合陶瓷鋼管等。
新型的三元復(fù)合鋼管管道壁有三層材料組成，外壁為金屬材料作為承載件、中間層是納米陶瓷材料作耐磨件，內(nèi)壁層為聚合物樹脂則作為抗腐蝕材料。三層材料中陶瓷材料通過自蔓延高溫合成方法澆鑄燒結(jié)而成，高聚物樹脂則是通過反應(yīng)浸漬方法制備而成。即用自蔓延高溫合成離心澆鑄成型方法在鋼管內(nèi)壁燒結(jié)一層厚度均勻的耐磨陶瓷，然后將聚合物樹脂加入管內(nèi)抽真空離心高速旋轉(zhuǎn)，使聚合物樹脂均勻分布在陶瓷內(nèi)壁，直至反應(yīng)固化。
本實(shí)用新型三元復(fù)合鋼管的管壁、中間層、內(nèi)壁厚度分別是4-20mm，2.0-6mm，0.5-5mm合適，該厚度范圍既能達(dá)到鋼管的剛度、抗磨耐蝕的優(yōu)良性能，又使制作成本下降。
由于這種新型的三元復(fù)合鋼管結(jié)合了有機(jī)樹脂聚合物和無機(jī)陶瓷的防腐蝕、耐磨損的特點(diǎn)，以及金屬管道的高強(qiáng)度承載力，是無機(jī)材料、聚合物材料和金屬材料的有機(jī)結(jié)合，具有很大的技術(shù)創(chuàng)新性，這種復(fù)合管道突破了目前復(fù)合管道僅僅由兩種材料所構(gòu)成的狀況，充分發(fā)揮了三種單一材料綜合形成的優(yōu)越性能，因此這種復(fù)合管道具有非常優(yōu)越的抗腐抗磨性能，不僅可大大提高管道的耐腐蝕壽命，而且可解決高速流動(dòng)腐蝕性顆粒液體摩擦管道的防腐防磨要求。


圖1是本實(shí)用新型三元復(fù)合鋼管的結(jié)構(gòu)示意圖、圖2是本實(shí)用新型三元鋼管鋼管結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
上述圖中，1是金屬管道、2是陶瓷中間層，3是聚合物樹脂內(nèi)壁，4是法蘭。
實(shí)施例實(shí)施例一DN30×300三元復(fù)合鋼管結(jié)構(gòu)。選用φ48外徑、壁厚為4mm、長度300mm的鋼管，經(jīng)前期除銹、裝夾、封蓋以及配料、裝料等準(zhǔn)備過程，用自蔓延高溫合成離心澆鑄成型方法在鋼管內(nèi)壁燒制一層厚度均勻的約3.0mm厚的具有高耐磨性能的α-Al2O3剛玉陶瓷。打開封蓋，兩端裝焊PN16、DN40的標(biāo)準(zhǔn)法蘭，清理φ48陶瓷復(fù)合鋼管內(nèi)壁浮渣和灰塵，裝上封蓋，加入180g經(jīng)配混的聚合物拼混樹脂，用抽真空機(jī)抽出管內(nèi)空氣，達(dá)到0.02MPa，將鋼管以500r/min離心旋轉(zhuǎn)，使聚合物拼混樹脂均勻分布在陶瓷復(fù)合鋼管內(nèi)壁，緩慢打開閥門，將管內(nèi)壓力恢復(fù)到常壓，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)直至拼混樹脂反應(yīng)固化，3小時(shí)后拆開封蓋即得圖1所示的三元復(fù)合鋼管直管制品。樹脂層厚度是0.5mm。
實(shí)施例二DN400×6000三元復(fù)合鋼管結(jié)構(gòu)。選用φ426外徑、壁厚為9mm、長度2000mm的鋼管，同樣經(jīng)過前期除銹、裝夾、封蓋以及配料、裝料等準(zhǔn)備過程，用自蔓延高溫合成離心澆鑄成型方法在鋼管內(nèi)壁燒制一層厚度均勻的約5.0mm厚的具有高耐磨性能的TiB2/Al2O3金屬陶瓷，將同樣的三根陶瓷復(fù)合鋼管連接成6000mm長，直線度誤差應(yīng)小于2mm，兩端裝焊PN10、DN400的標(biāo)準(zhǔn)法蘭，清理φ426陶瓷復(fù)合鋼管內(nèi)壁浮渣和灰塵，裝上封蓋，加入30kg經(jīng)配混的聚合物樹脂，將鋼管以300r/min離心旋轉(zhuǎn)，使聚合物拼混樹脂均勻分布在陶瓷復(fù)合鋼管內(nèi)壁，緩慢打開閥門，將管內(nèi)壓力恢復(fù)到常壓，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)直至拼混樹脂反應(yīng)固化，3小時(shí)后拆開封蓋即得三元復(fù)合鋼管制品。樹脂層厚度是5mm。
權(quán)利要求1.一種三元復(fù)合鋼管結(jié)構(gòu)，由管壁、中間層、內(nèi)壁組成，其特征是鋼管外層是管壁、中間層是耐磨陶瓷層，內(nèi)壁是抗腐蝕樹脂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元復(fù)合鋼管的結(jié)構(gòu)，其特征是管壁、中間層、內(nèi)壁的厚度分別是4-20mm，2.0-6mm，0.5-5mm。
專利摘要本項(xiàng)實(shí)用新型是一種新型的三元復(fù)合鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。目前國內(nèi)外在耐磨損防腐蝕領(lǐng)域使用的管道在腐蝕與磨損共存工況下的實(shí)際使用壽命極其短，使用過程中發(fā)生的維修量及其二次費(fèi)用均很大。這是因?yàn)椴牧媳旧韮H具耐磨或僅具耐蝕單一性能的功能局限。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的三元復(fù)合鋼管是一種由金屬、陶瓷、聚合物三層材料經(jīng)過反應(yīng)加工復(fù)合而成的高性能管道制品，其中外層鋼管作為承載件、中間層是改性陶瓷材料，作抗磨耐蝕件、內(nèi)壁層為有機(jī)和無機(jī)拼混聚合物樹脂，主要起防腐功能。這種新型結(jié)構(gòu)三元復(fù)合鋼管充分發(fā)揮單一材料的特有性能以及拼混聚合物樹脂與改性陶瓷材料的復(fù)合效應(yīng)，從而具有非常優(yōu)異的抗磨耐蝕性能和防磨緩垢功能。在耐磨防腐蝕領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
文檔編號F16L9/14GK2573820SQ0226071
公開日2003年9月17日 申請日期2002年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月16日
發(fā)明者楊振國 申請人:復(fù)旦大學(xué)