CN113118614A - 一种金属-陶瓷复合管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种金属‑陶瓷复合管制备方法，首先准备具有一定锥度的金属管、金属陶瓷管或陶瓷管，陶瓷管的外周面和端面均具有金属涂层，然后将金属陶瓷管或陶瓷管嵌入金属管内，利用摩擦焊接，得到复合管；得到复合管后，对复合管进行热处理，得到成品金属‑陶瓷复合管。本发明还提供一种金属‑陶瓷复合管，包括内层管和外层管，内层管由陶瓷和金属材质制成，外层管由金属材质制成，外层管套装于内层管的外部，外层管与内层管摩擦焊接相连并实现冶金结合。本发明利用金属陶瓷管或具有金属涂层的陶瓷管作为内层管，金属管作为外层管，利用摩擦焊接实现内层管与外层管的冶金结合，提高了金属‑陶瓷复合管的可靠性，制备方法简单便捷且高效。

Description

一种金属-陶瓷复合管及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合管材技术领域，特别是涉及一种金属-陶瓷复合管及其制备方法。
背景技术
金属-陶瓷复合管因充分发挥了钢管强度高、韧性好、耐冲击、焊接性能好以及刚玉瓷高硬度、高耐磨、耐蚀、耐热性好的特点，克服了钢管硬度低、耐磨性差以及陶瓷韧性差的问题。因此，复合管具有良好的耐磨、耐热、耐蚀及抗机械冲击与热冲击、可焊性好等综合性能，是输送颗粒物料、磨削、腐蚀性介质等理想的耐磨、耐蚀管道，广泛地应用于电力、冶金、矿山、煤炭、化工等行业作为输送砂、石、煤粉、灰渣、铝液等磨削性颗粒物料和腐蚀性介质。
金属-陶瓷复合管目前主要有以下几种生产方法：1)离心浇铸法。该方法是采用“自蔓燃高温合成-高速离心技术”制造的复合管材，该制造技术生产的管材，结合层会出现裂纹、孔洞、气泡、表面粗糙、陶瓷层脱落等问题。2)金属管内壁贴氧化铝陶瓷片，该方法制备的陶瓷层并非一个整体，且结合界面非冶金结合，其可靠性和寿命不高。
因此，如何改变现有技术中，金属-陶瓷复合管材生产难度大、产品质量不佳的现状，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属-陶瓷复合管及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，降低金属-陶瓷复合管生产难度，提高金属-陶瓷复合管的可靠性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种金属-陶瓷复合管制备方法，包括如下步骤：
步骤一、原料准备
准备金属管、金属陶瓷管或陶瓷管，所述陶瓷管的外周面和端面均具有金属涂层，所述金属管的内周面为锥面，所述金属陶瓷管与所述陶瓷管的外周面均为锥面，所述金属管的最小内径不大于所述金属陶瓷管或所述陶瓷管的最小外径，所述金属管的内周面与所述金属陶瓷管以及所述陶瓷管的外周面的锥度相等；
步骤二、摩擦焊接制备复合管
将所述金属陶瓷管或所述陶瓷管嵌入所述金属管内，利用摩擦焊接，得到复合管；
步骤三、复合管热处理
对步骤二中的所述复合管进行800-1000℃、1-2h真空热处理，得到成品金属-陶瓷复合管。
优选地，步骤一中，所述金属管由低碳钢或低合金钢材质制成。
优选地，步骤一中，所述陶瓷管由氧化铝材质制成。
优选地，步骤一中，所述陶瓷管的金属涂层由铜或镍材质制成，所述陶瓷管的金属涂层采用化学镀方式制成。
优选地，步骤一中，所述金属陶瓷管由铜-氧化铝材质、镍-氧化铝材质或铜/镍-氧化铝材质制成。
优选地，所述金属陶瓷管为梯度结构，所述金属陶瓷管的金属含量沿内表面至外表面方向逐渐增大。
优选地，所述金属陶瓷管以及所述陶瓷管的长度较所述金属管的长度长，所述金属陶瓷管或所述陶瓷管的直径较小一端与所述金属管的直径较小一端相平齐。
优选地，所述金属管的内径较大一端的内径较内径较小一端的内径大2-3mm，所述金属管的内周面与所述陶瓷金属管以及所述陶瓷管的外周面的锥度相同；所述金属陶瓷管以及所述陶瓷管的长度较所述金属管的长度长100-150mm；所述金属陶瓷管以及所述陶瓷管的外径最小值等于所述金属管的内径最小值。
优选地，所述金属管、所述金属陶瓷管或所述陶瓷管的数量均为多根，第一根所述金属陶瓷管或所述陶瓷管嵌入第一根所述金属管内并摩擦焊接，然后将第二根所述金属管的内径较小一端的端面与第一根所述金属管的内径较大一端的端面摩擦焊接，第一根所述金属管的最大内径与第二根所述金属管的最小内径相等，再将第二根所述金属陶瓷管或所述陶瓷管的内径较小一端与第一根所述金属陶瓷管或所述陶瓷管凸出于所述金属管的一端摩擦焊接，第一根所述金属陶瓷管或所述陶瓷管的最大外径与第二根所述金属陶瓷管或所述陶瓷管的最小外径相等，重复操作直至完成多根所述金属管、多根所述金属陶瓷管或所述陶瓷管的连接。
本发明还提供一种金属-陶瓷复合管，包括内层管和外层管，所述内层管由陶瓷和金属材质制成，所述外层管由金属材质制成，所述外层管套装于所述内层管的外部，所述外层管与所述内层管摩擦焊接相连并实现冶金结合。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：本发明提供一种金属-陶瓷复合管制备方法，首先准备具有一定锥度的金属管、金属陶瓷管或陶瓷管，陶瓷管的外周面和端面均具有金属涂层，然后将金属陶瓷管或陶瓷管嵌入金属管内，利用摩擦焊接，得到复合管；得到复合管后，对复合管进行热处理，得到成品金属-陶瓷复合管。本发明还提供一种金属-陶瓷复合管，包括内层管和外层管，内层管由陶瓷和金属材质制成，外层管由金属材质制成，外层管套装于内层管的外部，外层管与内层管摩擦焊接相连并实现冶金结合。本发明的金属-陶瓷复合管制备方法，利用金属陶瓷管或具有金属涂层的陶瓷管作为内层管，金属管作为外层管，利用摩擦焊接实现内层管与外层管的冶金结合，得到金属-陶瓷复合管，提高了金属-陶瓷复合管的可靠性，制备方法简单便捷且高效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的金属-陶瓷复合管的结构示意图；
图2为本发明的金属-陶瓷复合管的其他实施例的结构示意图；
其中，100为金属-陶瓷复合管，1为外层管，2为内层管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种金属-陶瓷复合管及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，降低金属-陶瓷复合管生产难度，提高金属-陶瓷复合管的可靠性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
请参考图1-2，其中，图1为本发明的金属-陶瓷复合管的结构示意图，图2为本发明的金属-陶瓷复合管的其他实施例的结构示意图。
本发明提供一种金属-陶瓷复合管制备方法，包括如下步骤：
步骤一、原料准备
准备金属管、金属陶瓷管或陶瓷管，陶瓷管的外周面和端面均具有金属涂层，金属管的内周面为锥面，金属陶瓷管与陶瓷管的外周面均为锥面，金属管的最小内径不大于金属陶瓷管或陶瓷管的最小外径，金属管的内周面与金属陶瓷管以及陶瓷管的外周面的锥度相等；
步骤二、摩擦焊接制备复合管
将金属陶瓷管或陶瓷管嵌入金属管内，利用摩擦焊接，得到复合管；
步骤三、复合管热处理
对步骤二中的复合管进行800-1000℃、1-2h真空热处理，得到成品金属-陶瓷复合管100。
本发明的金属-陶瓷复合管制备方法，利用金属陶瓷管或具有金属涂层的陶瓷管作为内层管2，金属管作为外层管1，利用摩擦焊接实现内层管2与外层管1的冶金结合，得到金属-陶瓷复合管100，提高了金属-陶瓷复合管100的可靠性，制备方法简单便捷且高效。
其中，步骤一中，金属管可选择由低碳钢或低合金钢材质制成；陶瓷管由氧化铝材质制成；陶瓷管的金属涂层由铜或镍材质制成，陶瓷管的金属涂层采用化学镀方式制成，镀层均匀，方便后续与金属管焊接相连。金属陶瓷管由铜-氧化铝材质、镍-氧化铝材质或铜/镍-氧化铝材质制成。
在本具体实施方式中，金属陶瓷管为梯度结构，金属陶瓷管的金属含量沿内表面至外表面方向逐渐增大，增强金属管与金属陶瓷管的结合可靠性。
具体地，金属陶瓷管以及陶瓷管的长度较金属管的长度长，使得金属陶瓷管或陶瓷管的外周面能够更好地与金属管的内周面摩擦焊接，达到冶金结合，金属陶瓷管或陶瓷管的直径较小一端与金属管的直径较小一端相平齐。当金属管的内周面与金属陶瓷管以及陶瓷管的外周面均为圆柱面时，金属管的内周面与金属陶瓷管或陶瓷管的外周面无法实现摩擦焊接，只有金属管的内周面与金属陶瓷管以及陶瓷管的外周面均具有一定锥度时，金属管的内周面才能够与金属陶瓷管或陶瓷管的外周面紧密接触，完成摩擦焊接，以保证金属管的内周面与金属陶瓷管或陶瓷管的外周面实现摩擦焊接，达到冶金结合。
另外，金属管的内径较大一端的内径较内径较小一端的内径大2-3mm，金属管的内周面与陶瓷金属管以及陶瓷管的外周面的锥度相同；金属陶瓷管以及陶瓷管的长度较金属管的长度长100-150mm，将金属陶瓷管以及陶瓷管的长度设置为比金属管的长度长，便于夹持；金属陶瓷管以及陶瓷管的外径最小值等于金属管的内径最小值。还需说明的是，当利用多根金属管、多根金属陶瓷管或陶瓷管相连得到长度较长的金属-陶瓷复合管100时，第一根金属陶瓷管以及陶瓷管的长度较金属管的长度长100-150mm，第二根以及后续金属陶瓷管以及陶瓷管的长度与金属管的长度相等，避免浪费材料。
更具体地，实际操作中，可选择利用多根金属管、多根金属陶瓷管或陶瓷管相连得到长度较长的金属-陶瓷复合管100，第一根金属陶瓷管或陶瓷管嵌入第一根金属管内并摩擦焊接，然后将第二根金属管的内径较小一端的端面与第一根金属管的内径较大一端的端面摩擦焊接，第一根金属管的最大内径和壁厚与第二根金属管的最小内径和壁厚均相等，再将第二根金属陶瓷管或陶瓷管的内径较小一端与第一根金属陶瓷管或陶瓷管凸出于金属管的一端摩擦焊接，第一根金属陶瓷管或陶瓷管的最大外径和壁厚与第二根金属陶瓷管或陶瓷管的最小外径和壁厚均相等，以提高连接处质量，重复操作直至完成多根金属管、多根金属陶瓷管或陶瓷管的连接。此处需要说明的是，需要制备长度较长的金属-陶瓷复合管100时，金属管的内周面与金属陶瓷管或陶瓷管的外周面为锥面，需保证第一根金属陶瓷管或陶瓷管的凸出端能够伸入第二根金属管的内径较小一端，以此类推，直至得到长度较长的金属-陶瓷复合管100。
本发明还提供一种金属-陶瓷复合管100，包括内层管2和外层管1，内层管2由陶瓷和金属材质制成，外层管1由金属材质制成，外层管1套装于内层管2的外部，外层管1与内层管2摩擦焊接相连并实现冶金结合，从而有效保证金属-陶瓷复合管100的可靠性。
下面通过具体的实施例，对本发明的金属-陶瓷复合管100进行进一步地解释说明。
实施例1
316L不锈钢/镀铜的氧化铝复合管
准备Φ200×Φ188-190×1000mm的316L钢管作为外层管1，准备Φ188-Φ190×Φ180×1100mm的镀铜氧化铝管作为内层管2。将Φ188-Φ190×Φ170×1100mm的镀铜氧化铝管嵌入Φ200×Φ188-190×1000mm的316L钢管中，并进行摩擦焊接，使其与316L不锈钢管的内壁紧密结合，得到复合管。将复合管放入真空炉内，在800℃加热，保温1-2h进行热扩散，最终得到Φ200×15×1000mm的316L不锈钢/镀铜的氧化铝复合管。
实施例2
Q235钢/镀镍的氧化铝复合管
准备Φ260×Φ248-250×1000mm的Q235钢管作为外层管1；准备Φ248-250×Φ236×1120mm的镀镍氧化铝管作为内层管2。将Φ248-250×Φ236×1120mm的镀镍氧化铝管嵌入外层管1内，并进行摩擦焊接，使其与Q235钢管的内壁紧密结合，得到复合管。将复合管将入真空炉内，在900℃加热，保温1-2h进行热扩散，最终得到Φ260×12×1000mm的Q235钢/镀镍的氧化铝复合管。
实施例3
316L不锈钢/镀镍-铜的氧化铝复合管
准备Φ200×Φ188-190×1000mm和Φ200×Φ190-192×1000mm的316L不锈钢管作为外层管1，准备Φ188-Φ190×Φ180×1150mm和Φ190-192×Φ180×1100mm的镀镍-铜的氧化铝管作为内层管2。将Φ188-Φ190×Φ170×1150mm的镀镍-铜的氧化铝管嵌入Φ200×Φ188-190×1000mm的316L钢管中，并进行摩擦焊接，使其与316L不锈钢管的内壁紧密结合。然后再将Φ200×Φ190-192×1000mm的316L不锈钢管与Φ200×Φ188-190×1000mm的不锈钢管进行摩擦焊接，接着将Φ190-192×Φ182×1100mm的镀镍-铜氧化铝管嵌入Φ200×Φ190-192×1000mm的316L不锈钢管进行摩擦焊接，使内表面紧密结合，得到复合体。将复合体放入真空炉内，在1000℃加热，保温1-2h进行热扩散，最终得到Φ200×10×2000mm的316L不锈钢/镀镍-铜的氧化铝复合管。
实施例4
16Mn钢/铜-镍-氧化铝梯度金属陶瓷复合管
准备Φ280×Φ266-268×1000mm的16Mn钢管作为外层管1，准备Φ266-Φ268×Φ258×1100mm的镀铜氧化铝管作为内层管2。将Φ266-Φ268×Φ258×1100mm的镀铜氧化铝管嵌入到Φ280×Φ266-268×1000mm的16Mn钢管中，并进行摩擦焊接，使其与16Mn不锈钢管的内壁紧密结合，得到复合管。将复合管放入真空炉内，在950℃加热，保温1-2h进行热扩散，最终得到Φ280×11×1000mm的16Mn钢/铜-镍-氧化铝梯度金属陶瓷复合管。
实施例5
316L不锈钢/镍-氧化铝梯度金属陶瓷复合管
准备Φ300×Φ286-288×1000mm的316L不锈钢管作为外层管1，准备Φ286-Φ288×Φ276×1100mm的镍-氧化铝梯度金属陶瓷管作为内层管2。将Φ286-Φ288×Φ276×1100mm的镍-氧化铝梯度金属陶瓷管嵌入到Φ300×Φ286-288×1000mm的316L不锈钢管中，并进行摩擦焊接，使其与316L不锈钢管的内壁紧密结合，得到复合管。将复合管放入真空炉内，在960℃加热，保温1-2h进行热扩散，最终得到Φ300×12×1000mm的316L不锈钢/镍-氧化铝梯度金属陶瓷复合管。
实施例6
316L不锈钢/铜-氧化铝梯度金属陶瓷复合管
准备Φ180×Φ168-170×1000mm和Φ180×Φ170-172×1000mm的316L不锈钢管作为外层管1，准备Φ168-Φ170×Φ160×1150mm和Φ170-172×Φ160×1100mm的铜-氧化铝梯度金属陶瓷作为内层管2。将Φ168-Φ170×Φ160×1150mm的铜-氧化铝梯度金属陶瓷复合管嵌入Φ180×Φ168-170×1000mm的316L钢管中，并进行摩擦焊接，使其与316L不锈钢管的内壁紧密结合。然后再将Φ180×Φ170-172×1000mm的316L不锈钢管与Φ180×Φ168-170×1000mm的不锈钢管进行摩擦焊接，接着将Φ170-172×Φ160×1100mm的铜-氧化铝梯度金属陶瓷管嵌入Φ180×Φ170-172×1000mm的316L不锈钢管进行摩擦焊接，使内表面紧密结合，得到复合管。将复合管放入真空炉内，在1000℃加热，保温1-2h进行热扩散，最终得到Φ180×10×2000mm的316L不锈钢/铜-氧化铝梯度金属陶瓷复合管。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种金属-陶瓷复合管制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、原料准备
准备金属管、金属陶瓷管或陶瓷管，所述陶瓷管的外周面和端面均具有金属涂层，所述金属管的内周面为锥面，所述金属陶瓷管与所述陶瓷管的外周面均为锥面，所述金属管的最小内径不大于所述金属陶瓷管或所述陶瓷管的最小外径，所述金属管的内周面与所述金属陶瓷管以及所述陶瓷管的外周面的锥度相等；
步骤二、摩擦焊接制备复合管
将所述金属陶瓷管或所述陶瓷管嵌入所述金属管内，利用摩擦焊接，得到复合管；
步骤三、复合管热处理
对步骤二中的所述复合管进行800-1000℃、1-2h真空热处理，得到成品金属-陶瓷复合管。
2.根据权利要求1所述的金属-陶瓷复合管制备方法，其特征在于：步骤一中，所述金属管由低碳钢或低合金钢材质制成。
3.根据权利要求1所述的金属-陶瓷复合管制备方法，其特征在于：步骤一中，所述陶瓷管由氧化铝材质制成。
4.根据权利要求1所述的金属-陶瓷复合管制备方法，其特征在于：步骤一中，所述陶瓷管的金属涂层由铜或镍材质制成，所述陶瓷管的金属涂层采用化学镀方式制成。
5.根据权利要求1所述的金属-陶瓷复合管制备方法，其特征在于：步骤一中，所述金属陶瓷管由铜-氧化铝材质、镍-氧化铝材质或铜/镍-氧化铝材质制成。
6.根据权利要求5所述的金属-陶瓷复合管制备方法，其特征在于：所述金属陶瓷管为梯度结构，所述金属陶瓷管的金属含量沿内表面至外表面方向逐渐增大。
7.根据权利要求1所述的金属-陶瓷复合管制备方法，其特征在于：步骤一中，所述金属陶瓷管以及所述陶瓷管的长度较所述金属管的长度长，所述金属陶瓷管或所述陶瓷管的直径较小一端与所述金属管的直径较小一端相平齐。
8.根据权利要求7所述的金属-陶瓷复合管制备方法，其特征在于：所述金属管的内径较大一端的内径较内径较小一端的内径大2-3mm，所述金属管的内周面与所述陶瓷金属管以及所述陶瓷管的外周面的锥度相同；所述金属陶瓷管以及所述陶瓷管的长度较所述金属管的长度长100-150mm；所述金属陶瓷管以及所述陶瓷管的外径最小值等于所述金属管的内径最小值。
9.根据权利要求7所述的金属-陶瓷复合管制备方法，其特征在于：步骤二中，所述金属管、所述金属陶瓷管或所述陶瓷管的数量均为多根，第一根所述金属陶瓷管或所述陶瓷管嵌入第一根所述金属管内并摩擦焊接，然后将第二根所述金属管的内径较小一端的端面与第一根所述金属管的内径较大一端的端面摩擦焊接，第一根所述金属管的最大内径与第二根所述金属管的最小内径相等，再将第二根所述金属陶瓷管或所述陶瓷管的内径较小一端与第一根所述金属陶瓷管或所述陶瓷管凸出于所述金属管的一端摩擦焊接，第一根所述金属陶瓷管或所述陶瓷管的最大外径与第二根所述金属陶瓷管或所述陶瓷管的最小外径相等，重复操作直至完成多根所述金属管、多根所述金属陶瓷管或所述陶瓷管的连接。
10.一种金属-陶瓷复合管，其特征在于：包括内层管和外层管，所述内层管由陶瓷和金属材质制成，所述外层管由金属材质制成，所述外层管套装于所述内层管的外部，所述外层管与所述内层管摩擦焊接相连并实现冶金结合。
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