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金属/陶瓷层状结构复合材料及其在大尺寸锌锅内加热器上的应用
成果信息
立项支持
  • 公布年份:
    2017
  • 中图分类:
    TB333
  • 关键词:
  • 成果简介:
    针对热镀锌行业内加热器不耐锌液腐蚀、强度低等问题,利用金属与陶瓷的层状组合,重点突破陶瓷与金属复合时存在的适配性差,界面易开裂,难以协同变形,大面积异形结构陶瓷与金属难以复合等关键技术问题,建立液态合金连接金属与陶瓷技术、大面积、异形结构金属与陶瓷的一体化制备技术,研制出耐锌腐蚀、抗冲击、大尺寸高效的热镀锌用内加热器解决各种尺寸锌锅的内加热问题。 主要技术创新: (1)针对实际加热器的工作温度(500-600℃),确定了中间连接合金Al-Ti-Cu-Si的具体成分,该合金在加热器工作温度,有少量的Al-Al2Cu共晶、Al-Si亚共晶低熔点组织(493-586℃)和AlTiSi高熔点(840℃)金属间化合物构成,且固相能起到支撑作用。该合金对陶瓷具有良好的润湿性,润湿角为50°左右。 (2)陶瓷和金属之间的连接,采用中间合金熔融灌装的方式,可以实现大面积、异形结构、大面积陶瓷与金属之间的连接,为解决类似的工程问题提供新的途径。 (3)通过中间合金成分的设计以及工艺参数的控制在陶瓷/中间合金界面生成了Ti3SiC2陶瓷相,该物相具有良好的导电性、导热性,耐腐蚀性、抗氧化性、高温稳定性,提高了陶瓷的抗弯性能。 (4)通过铝基合金化成分优化,与界面反应热力学动力学研究,界面热扩散耦合反应技术,解决了陶瓷与铝基中间连接合金以及铝基中间连接合金的界面结合问题。陶瓷/Al基合金界面控制在900℃。Al基中间合金/不锈钢的界面温度控制在700℃。通过采用不同界面各自控制的方法,解决了界面高温热脆性的技术难题,保证了不锈钢/铝基合金/陶瓷界面的良好结合。 (5)采用层状结构复合材料做加热器保护套,外层耐腐蚀陶瓷可以得到有效支撑,因此保护套的长度可以大幅度提高,加热器的长度也可由现在单纯采用陶瓷套管的不足1米提高到2.2米,锌锅的容量和深度得到成倍增加,彻底解决热镀锌行业采用内加热技术面临的大型构件热镀锌不能实现内加热的技术难题。 新型复合加热管具有优良的性价比,加热器效率高,热效率可高达95%。节电40%,吨钢管节锌4kg。陶瓷锌锅运行费用低,投资一口锌锅每年可节约资金600万元,新增利润650万元。采用该技术避免了燃油燃煤带来的能源损耗和环境污染问题,对改变中国热镀锌工业中高能耗、高污染、高成本的落后状况具有显著的经济效益和社会效益。采用该技术可节能降耗、提高生产效率10%以上。该项技术以及产品已经在河北天创管业有限公司、天津利达钢管集团有限公司、河北信德电力配件有限公司等15家企业得到了应用,并获得了客户的认可。
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