專利名稱：重結晶碳化硅復合彎管及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種耐磨彎管，具體涉及一種重結晶碳化硅復合彎管及其制備方法。
背景技術：
管道磨損特別是彎管磨損，是長期困擾工業(yè)企業(yè)的棘手問題，并直接影響到企業(yè)的經濟效益和現場工作環(huán)境。目前，市場上耐磨彎管大致有4種類型一是鑄石彎管，缺點是易碎、易開裂、壁厚(30 40mm)笨重有鼓包，安 裝不方便，內部常有氣孔，易留隱患，一旦磨穿，現場難以修補，現在應用較少；二是鑄鋼彎管(包括合金鋼)廣泛應用于防磨領域，但由于材質和工藝局限，其表面硬度較低(約洛氏硬度60)，遠低于陶瓷(洛氏硬度80以上)，耐磨性能只相當于陶瓷的幾十分之一。此外，鑄鋼彎管厚度大，非常笨重，可焊性差，安裝維修困難；三是離心澆注復合陶瓷彎管，該工藝采用自蔓延燃燒離心澆注成型，這種方法成型的陶瓷復合管內表面置換出陶瓷層，與鑄鋼合金彎管相比，耐磨性能有一定程度提高，但由于反應時間短，氧化鋁與鐵水離心分離不徹底、氣孔較多、陶瓷層不夠致密，表面粗糙，硬度80以上。另外，該工藝只能做直管，若做彎管，需將直管分割若干段焊接成彎管，成型后內壁不是流線型，妨礙物料輸送，且焊縫處易磨損泄漏。四是陶瓷貼片彎管，由于受加工工藝所限，此產品僅適應于大直徑短彎管，由于粘貼瓷片之間縫隙較多，瓷片之間不是圓弧，在高溫或大流速環(huán)境里，易脫落磨損。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種結構致密、耐磨性能好、使用壽命長、運營維護費用低的重結晶碳化硅復合彎管，并提供了其制備方法。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是
設計一種包括金屬支撐彎管及復合于其內壁的耐磨層的重結晶碳化硅復合彎管，其耐磨層是由下述原料經制漿、澆注成型、2450 2550°C下燒結而成的重結晶碳化硅內襯彎管純度彡99. 5%、粒度為O 150um的碳化硅微粉88 92wt%、稀土釔(助劑)8 12wt%。在所述碳化娃微粉中，粒度為O Ium的占25 35 wt%、粒度為I 5um的占15 25wt%、粒度為10 63um的碳化娃微粉占15 25wt%、粒度為125 150um的碳化娃微粉占25 35 wt%0所述碳化娃微粉中銳角形顆粒占25 30wt%,鈍角形顆粒占70 75wt%。所述重結晶碳化硅內襯彎管由一定數量分段襯管依次拼接而成，分段襯管的長度大小或弧度大小以其能裝配至金屬支撐彎管內相對應的位置處為準。在所述金屬支撐彎管與耐磨層之間設置有耐熱填充層。所述耐熱填充層為硅酸鋁纖維氈。上述重結晶碳化硅復合彎管可經由以下步驟制成
(O按照設計的尺寸規(guī)格制備出金屬外殼和重結晶碳化硅內襯彎管模芯；
(2)根據重結晶碳化硅內襯彎管模芯制作出石膏模；(3)按照上述原料配比選取制作重結晶碳化硅襯管層的原料，混料后，加水至料漿粘度為500 600泊，再真空混料20 30小時；料漿混好后，在澆鑄平臺上用石膏模進行澆注，將澆鑄好的生坯放置2 3小時后脫模；再將脫模后的生坯烘干，按所述要求的尺寸加工修坯后，再烘干至水分含量2%以下；將生坯置高溫真空爐中進行燒結，在真空狀態(tài)下以3 50C /分鐘的升溫速率升溫，當溫度升至1100°C時，充入惰性氣體使爐內壓力達到I. 5
2.5MPa，繼續(xù)以2V /分鐘的升溫速率升溫至2450 2550°C，然后保溫I. 5 2. 5小時，再自然冷卻，當溫度降至150°C以下時出爐即得重結晶碳化硅襯管；
(4)將重結晶碳化硅襯管用耐熱填充料包裹后嵌合于相匹配的金屬支撐彎管中即成。在所述步驟(3)中，真空混料和真空升溫時的真空度均為2 5mPa。所述惰性氣體為氬氣。在所述步驟(4)中，當重結晶碳化硅復合彎管所需耐熱溫度< 200°C時，以涂抹有磷酸二氫鋁的硅酸鋁纖維氈為耐熱填充料，即以涂有磷酸二氫鋁的硅酸鋁纖維氈包裹上述·重結晶碳化硅襯管后，再將其嵌合于彎制好的相匹配的金屬支撐彎管中；當重結晶碳化硅復合彎管所需耐熱溫度> 200°C時，以高鋁纖維氈為耐熱填充料，即以高鋁纖維氈包裹重結晶碳化硅襯管后，將其嵌合于彎制好的相匹配的金屬支撐彎管中，再以磷酸二氫鋁與碳化娃顆粒(粒徑O. I O. 5mm)按I :4 6的質量比所組成的混合料封口或填充余隙。如此，既能牢固的將重結晶碳化硅襯管固定于支撐彎管中不致脫落，又要對支撐彎管遇熱膨漲、遇冷收縮留有余量，以避免支撐彎管撐破或壓碎重結晶碳化硅內襯彎管。本發(fā)明具有積極有益的效果
I.本發(fā)明重結晶碳化硅復合彎管，相較其它材質彎管耐磨性能大幅提升。經西北工業(yè)大學測定，本發(fā)明重結晶碳化硅耐磨彎管莫氏硬度在9.5以上，僅次于金剛石(莫氏硬度10)。2.本發(fā)明重結晶耐磨彎管的重量僅為同體積的鑄鋼彎管的1/3，且支撐鋼管僅需普通鋼管即可，采用本發(fā)明產品可節(jié)省下大量昂貴的合金材料。3.本發(fā)明重結晶碳化硅可耐1400°C高溫，不變形、強度不降低，填充的粘合劑可耐800°C的高溫。由于其屬于無機材料，不會發(fā)生氧化銹蝕，并且耐酸堿磨蝕。因此，適應各種惡劣工況條件下的防磨損作業(yè)。4.本發(fā)明重結晶碳化硅襯管，結構致密，研磨處理后，表面光潔光滑且呈流暢曲線，不堵塞、截留粉料。5.本發(fā)明產品可有效減少工作現場粉塵泄漏，改善工作環(huán)境，提高操作者健康水平。6.本發(fā)明產品生產工藝成熟，產品性能優(yōu)良，填補了國內外空白，具有良好的經濟和社會效益。


圖I為一種重結晶碳化硅復合彎管的剖面結構示意圖。圖中，I為鋼質支撐彎管，2為耐熱填充層，3為重結晶碳化硅襯管，4、5、6、7為分段襯管。
具體實施例方式下述實施例中所用的原材料及器具等，如無特別說明，均為市售；所用方法如無特別說明，均為常規(guī)方法。實施例I :一種重結晶碳化硅復合彎管，參見圖1，由外至里依次包括鋼質支撐彎管I、耐熱填充層2及耐磨層，該耐磨層為重結晶碳化硅襯管3，該重結晶碳化硅內襯彎管由分段襯管4、5、6、7依次拼接而成。上述重結晶碳化硅襯管可經由下述步驟制成
(I)按照用戶提供的圖紙及尺寸規(guī)格要求，以中頻熱彎技術彎制支撐鋼管和襯管模芯。
(2)按照模芯制作模具。(3)澆注重結晶碳化硅襯管坯料，烘干后在高溫真空爐燒結成型，具體如下
A、選料所用材料為碳化硅微粉，純度為99. 5%，粒度為0-150um，粒度分布為O-Ium占30% ；l-5um,占 20% ；10-63um,占 20% ； 125-150um,占 30% ;且 90 度以下銳角顆粒占 25%, 90度以上鈍角顆粒占75%，稀土釔助劑10%。B、按配方稱量碳化硅微粉和稀土助劑混料，加水至料漿粘度為500-600泊，再真空混料25小時(真空度4mPa)。C、料漿混好后，在澆鑄平臺上用石膏模進行澆注，將澆鑄好的生坯放置2. 5小時后脫豐吳。D、將脫模后的生坯烘干，按圖紙尺寸精修加工，再放入烘干室，最終烘干至水分含量2%以下。E、于高溫真空爐用石墨架支撐生坯進行燒結，在真空狀態(tài)(真空度3mPa)下升溫，升溫速度為4°C /分鐘，溫度升至1100°C時充入惰性氣體(氬氣)，使爐內壓力為2. OMPa,繼續(xù)升溫至2450 2550°C，升溫速度為2V /分鐘，保溫2小時，再自然冷卻，當溫度降至150°C以下時產品出爐。(4)以涂抹有磷酸二氫鋁的硅酸鋁纖維氈為耐熱填充料，即以涂有磷酸二氫鋁的硅酸鋁纖維氈包裹上述重結晶碳化硅襯管后，再將其嵌合于彎制好的相匹配的金屬支撐彎管中。以上適用于耐熱溫度< 200°C的熱負荷場所。實施例2 :—種重結晶碳化硅復合彎管(適用于耐熱溫度彡200°C的熱負荷場所)，其結構及制備方法與實施例I基本相同，不同之處在于在所述步驟(4)中，以高鋁纖維氈為耐熱填充料，即以高鋁纖維氈包裹重結晶碳化硅襯管后，將其嵌合于彎制好的相匹配的金屬支撐彎管中，再以磷酸二氫鋁與碳化硅顆粒(粒徑O. I O. 5mm)按I :5的質量比所組成的混合料封口或填充余隙。按上述方法制備出的重結晶碳化硅復合彎管經南陽鴨河電廠和鄭州合力焊劑廠一年多的使用，耐磨性能良好，原來使用的耐磨鑄鋼彎管和自蔓延復合陶瓷彎管，兩個月即需更換，預計使用本發(fā)明重結晶碳化硅復合彎管，至少可使用2 3年，提高使用壽命至少10 15倍以上，大幅減少維修頻率和費用。雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施方案對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。
權利要求
1.一種重結晶碳化硅復合彎管，包括金屬支撐彎管及復合于其內壁的耐磨層，其特征在于，所述耐磨層是由下述原料經制漿、澆注成型、2450 2550°C下燒結而成的重結晶碳化硅內襯彎管純度彡99. 5%、粒度為O 150um的碳化硅微粉88 92wt%、稀土釔8 12wt%0
2.根據權利要求I所述的重結晶碳化硅復合彎管，其特征在于，在所述碳化硅微粉中，粒度為O Ium的占25 35 wt%、粒度為I 5um的占15 25wt%、粒度為10 63um的碳化硅微粉占15 25wt%、粒度為125 150um的碳化硅微粉占25 35 wt%。
3.根據權利要求2所述的重結晶碳化硅復合彎管，其特征在于，所述碳化硅微粉中銳角形顆粒占25 30wt%，鈍角形顆粒占70 75wt%。
4.根據權利要求2所述的重結晶碳化硅復合彎管，其特征在于，所述重結晶碳化硅內襯彎管由一定數量分段襯管依次拼接而成。
5.根據權利要求I所述的重結晶碳化硅復合彎管，其特征在于，在所述金屬支撐彎管與耐磨層之間設置有耐熱填充層。
6.根據權利要求5所述的重結晶碳化硅復合彎管，其特征在于，所述耐熱填充層為涂抹有磷酸二氫鋁的硅酸鋁纖維氈或高鋁纖維氈。
7.權利要求I所述重結晶碳化硅復合彎管的制備方法，包括以下步驟 (1)按照設計的尺寸規(guī)格制備出金屬支撐彎管和重結晶碳化硅內襯彎管模芯； (2)根據上述重結晶碳化硅襯管層模芯制作出石膏模； (3)按照權利要求I所述的配比選取制作重結晶碳化硅襯管層的原料，混料后，加水使料漿粘度達到500 600泊，再真空條件下混料20 30小時；料漿混好后，在澆鑄平臺上用石膏模進行澆注，將澆鑄好的生坯放置2 3小時后脫模；再將脫模后的生坯烘干，按所述要求的尺寸加工修坯后，再烘干至水分含量2%以下；將生坯置高溫真空爐中進行燒結，在真空狀態(tài)下以3 5°C /分鐘的升溫速率升溫，當溫度升至1100°C時，充入惰性氣體使爐內壓力達到I. 5 2. 5MPa，繼續(xù)以2V /分鐘的升溫速率升溫至2450 2550°C，然后保溫I.5 2. 5小時，再自然冷卻，當溫度降至150°C以下時出爐即得重結晶碳化硅襯管； (4)將重結晶碳化硅襯管用耐熱填充料包裹后嵌合于相匹配的金屬支撐彎管中即成。
8.根據權利要求4所述的重結晶碳化硅復合彎管的制備方法，其特征在于，在所述步驟(3)中，真空混料和真空升溫時的真空度均為2 5mPa。
9.根據權利要求4所述的重結晶碳化硅復合彎管的制備方法，其特征在于，所述惰性氣體為IS氣。
10.根據權利要求4所述的重結晶碳化硅復合彎管的制備方法，其特征在于，在所述步驟(4)中，當重結晶碳化硅復合彎管所需耐熱溫度< 200°C時，以涂抹有磷酸二氫鋁的硅酸鋁纖維氈為耐熱填充料，即以涂有磷酸二氫鋁的硅酸鋁纖維氈包裹上述重結晶碳化硅襯管后，再將其嵌合于彎制好的相匹配的金屬支撐彎管中；當重結晶碳化硅復合彎管所需耐熱溫度> 200°C時，以高鋁纖維氈為耐熱填充料，即以高鋁纖維氈包裹重結晶碳化硅襯管后，將其嵌合于彎制好的相匹配的金屬支撐彎管中，再以磷酸二氫鋁與碳化硅顆粒按I :4 6的質量比所組成的混合料封口或填充余隙。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種重結晶碳化硅復合彎管。它包括金屬外殼及復合于其內壁的耐磨層，該耐磨層是由下述原料經制漿、澆注成型、2450～2550℃下燒結而成的重結晶碳化硅襯管層純度≥99.5%、粒度為0～150um的碳化硅微粉88～92wt%、稀土釔助劑8～12wt%。本發(fā)明重結晶碳化硅復合彎管耐磨性能良好，高溫條件下不變形、強度不降低，其結構致密、耐酸堿磨蝕，表面光潔光滑且呈流暢曲線，不堵塞、截留粉料，適應各種惡劣工況條件下的防磨損作業(yè)，對提高企業(yè)生產效率、節(jié)約能源、減少泄漏、保障生產安全、改善工作環(huán)境，大幅降低修理費用具有重要意義。
文檔編號F16L57/06GK102840394SQ201210289120
公開日2012年12月26日 申請日期2012年8月15日 優(yōu)先權日2012年8月15日
發(fā)明者蘇建林, 王燦光, 王振海 申請人:鄭州華泰節(jié)能陶瓷有限公司