本發(fā)明屬于管道自動(dòng)焊、銅及銅合金表面改性、熱力學(xué)與傳熱學(xué)，具體涉及一種復(fù)合陶瓷涂層銅襯墊及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、焊接技術(shù)是長(zhǎng)輸管道建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)之一，根焊（即根部焊接）作為焊接技術(shù)中的第一道關(guān)鍵工序，其質(zhì)量與效率直接影響后續(xù)焊接的完成速度和整體工程進(jìn)度。工程中常采用帶焊接銅襯墊的管道，通過(guò)氣動(dòng)內(nèi)對(duì)口器及全自動(dòng)焊接，能夠解決根焊困難的難題。另外，單面焊雙面成形技術(shù)也是管道焊接中常用的一種焊接技術(shù)，但在單面焊雙面成形過(guò)程中，背面焊縫在焊接過(guò)程中因受重力影響，不易成型。目前，常將襯墊置于焊縫背面，在襯墊的襯托作用下輔助成型；從而能夠確保管道的正反面都能均勻整齊，且成形良好，符合質(zhì)量要求。

2、銅襯墊具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性、可塑性和耐蝕性，但其熔點(diǎn)較低，在高溫、高壓等惡劣的焊接環(huán)境下，銅襯墊受熱易熔化。在使用帶有銅襯墊的管道，進(jìn)行焊接時(shí)，銅襯墊受焊接高溫影響，銅原子擴(kuò)散至熔池導(dǎo)致焊縫根部滲銅，當(dāng)焊縫中滲入銅元素時(shí)，焊縫金屬的沖擊韌性會(huì)顯著降低。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，常通過(guò)在基體材料的表面涂覆涂層，以改善基體材料的性能與延長(zhǎng)使用壽命，但常用的涂覆方式有激光熔覆、熱噴涂、電鍍、熱化學(xué)反應(yīng)等，但這些涂覆方式均存在涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度低等問(wèn)題，難以滿足實(shí)際生產(chǎn)需求。同時(shí)，涂層的組成對(duì)基體的性能存在顯著的影響。陶瓷材料作為涂層材料在高溫防護(hù)、耐腐蝕等領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢(shì)，但目前陶瓷材料常采用熱噴涂（通過(guò)加熱粉料和使用高溫高壓氣體）將粉末噴涂至基體上形成涂層。但熱噴涂過(guò)程中，快速冷卻導(dǎo)致涂層內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力（拉應(yīng)力或壓應(yīng)力），可能引發(fā)裂紋或翹曲。局部高溫可能使熱敏感基體變形或性能退化。此外，因陶瓷材料的組成差異、陶瓷材料與基體之間存在熱膨脹系數(shù)不匹配導(dǎo)致界面失效、高溫穩(wěn)定性不足等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合陶瓷涂層銅襯墊及其制備方法，通過(guò)高壓氣體將陶瓷漿料噴涂到銅襯墊表面，形成一層耐高溫陶瓷涂層，減少焊接過(guò)程中對(duì)熔池的污染，提高焊縫的力學(xué)性能，延長(zhǎng)銅襯墊的使用壽命。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種復(fù)合陶瓷漿料，包括復(fù)合陶瓷粉末、粘接劑和溶劑，其中，所述復(fù)合陶瓷粉末，按重量份數(shù)計(jì)，由以下組分組成：粉煤灰65-75份、氧化硼5-15份、二氧化鈦5-15份和鋁粉5-15份。

4、復(fù)合陶瓷粉末中的粉煤灰是一種煤高溫燃燒后產(chǎn)生的主要固體廢棄物，其主要成分為sio2、al2o3、cao和mgo等，本發(fā)明將粉煤灰作為復(fù)合陶瓷粉末中的基體材料，不但能夠?qū)崿F(xiàn)資源化利用、降低成本，還能夠提供結(jié)構(gòu)支撐和耐高溫性能；鋁粉在高溫下氧化生成al2o3，其膨脹系數(shù)與粉煤灰中sio2/al2o3基體接近，有助于緩解熱應(yīng)力，減少涂層開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，鋁粉的金屬特性可提升涂層的導(dǎo)熱性和抗沖擊性。氧化硼作為低熔點(diǎn)氧化物，在高溫下形成液相，促進(jìn)粉煤灰和氧化鈦顆粒的燒結(jié)，降低涂層的制備溫度，減少能耗。氧化鈦的硬度高（維氏硬度約1200?hv），與粉煤灰中的sio2/al2o3復(fù)合后，可顯著提高涂層的耐磨性和抗劃傷性。

5、在一些其他實(shí)施方式中，所述復(fù)合陶瓷粉末、粘接劑和溶劑的混合比值為1g:(10-15)?ml:(5-10)?ml；

6、或，所述復(fù)合陶瓷粉末按重量份數(shù)計(jì)，由以下組分組成：粉煤灰65-70份、氧化硼5-10份、二氧化鈦5-10份和鋁粉5-10份；

7、優(yōu)選的，所述復(fù)合陶瓷粉末、粘接劑和溶劑的混合比值為1g:12?ml:6ml；

8、或，所述復(fù)合陶瓷粉末按重量份數(shù)計(jì)，由以下組分組成：粉煤灰70份、氧化硼10份、二氧化鈦10份和鋁粉10份。

9、該比例范圍內(nèi)的漿料制成的涂層的耐高溫和耐久性更佳。

10、在一些其他實(shí)施方式中，所述復(fù)合陶瓷粉末的粒徑為＜200?目

11、或，所述粘接劑為蟲(chóng)膠和硅酸鹽水玻璃；

12、或，所述溶劑為乙醇溶液和去離子水。

13、可選的，所述粘接劑為蟲(chóng)膠，所述溶劑為乙醇溶液。

14、第二方面，本發(fā)明提供第一方面所述的復(fù)合陶瓷漿料的制備方法，包括以下步驟：將復(fù)合陶瓷粉末、粘接劑和溶劑混合后，進(jìn)行超聲分散，即得復(fù)合陶瓷漿料。

15、在一些其他實(shí)施方式中，還包括對(duì)復(fù)合陶瓷粉末進(jìn)行預(yù)混處理，所述預(yù)混處理為將復(fù)合陶瓷粉末與乙醇混合進(jìn)行濕磨后，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸干、烘干后制得預(yù)混好的復(fù)合陶瓷粉末。

16、第三方面，本發(fā)明提供一種復(fù)合陶瓷涂層銅襯墊，包括銅基體和所述銅基體表面包覆的復(fù)合陶瓷涂層，所述復(fù)合陶瓷涂層由第一方面所述的復(fù)合陶瓷漿料制得。這種結(jié)構(gòu)的復(fù)合陶瓷涂層銅襯墊，能夠避免因熔池的高溫導(dǎo)致銅中的銅元素向焊縫中發(fā)生滲透，使焊縫中出現(xiàn)銅元素，進(jìn)而導(dǎo)致的焊縫的力學(xué)性能降低，甚至失效的發(fā)生。

17、在一些其他實(shí)施方式中，所述復(fù)合陶瓷涂層的厚度為100-200μm；

18、所述銅基體為紫銅基體和鋁青銅基體中的一種；

19、優(yōu)選的，所述復(fù)合陶瓷涂層的厚度為160-170μm；

20、該厚度范圍內(nèi)的復(fù)合陶瓷涂層對(duì)銅基體的耐熱更好。

21、第四方面，本發(fā)明提供一種復(fù)合陶瓷涂層銅襯墊的制備方法，包括以下步驟：

22、將第一方面所述的復(fù)合陶瓷漿料噴涂到銅基體的表面，陰干后進(jìn)行加熱固化，冷卻至室溫后即得復(fù)合陶瓷涂層銅襯墊。

23、該制備方法操作難度低，當(dāng)涂層失效時(shí)只需再用同樣的工藝進(jìn)行噴涂，即可獲得新的耐高溫陶瓷涂層。

24、在一些其他實(shí)施方式中，還包括對(duì)銅基體進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理為依次進(jìn)行打磨、浸泡和噴砂處理；

25、所述預(yù)處理后的銅基體的表面粗糙度ra為1.5-2.5μm。

26、通過(guò)對(duì)基體進(jìn)行表面處理，能夠增大基體表面的粗糙度，通過(guò)嵌合的方式提高涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，具體處理過(guò)程如下：先按照400目、600目、800目的順序，使用砂紙對(duì)基體表面進(jìn)行打磨除去表面的銹；然后，使用丙酮溶液浸泡基體，除去基體表面油污；再使用噴砂機(jī)增大基體表面的粗糙度。

27、在一些其他實(shí)施方式中，所述噴涂的壓力為0.4-0.55mpa；在使用過(guò)程中，氣壓會(huì)逐漸降低，但最低不能低于0.4mpa，在氣壓降低至0.4mpa時(shí)需暫停噴涂，重新增大氣體壓力；在噴涂結(jié)束后，需將氣壓機(jī)內(nèi)氣壓降為零。

28、所述加熱固化的溫度為110-130℃，保溫時(shí)間為1-3h；

29、優(yōu)選的，所述加熱固化的溫度為120℃，保溫時(shí)間為2?h。

30、對(duì)涂層進(jìn)行后處理過(guò)程中，陰干后需將試樣放入加熱爐中加熱去除涂層中的剩余溶劑，防止剩余溶劑降低涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度。

31、本發(fā)明的有益效果：

32、（1）本發(fā)明復(fù)合陶瓷漿料中采用粉煤灰作為基體材料，提供結(jié)構(gòu)支撐和耐高溫性能，鋁粉增強(qiáng)結(jié)合與導(dǎo)熱性，氧化硼降低燒結(jié)溫度并改善界面，氧化鈦與粉煤灰進(jìn)行復(fù)合后，可顯著提高涂層的耐磨性和抗劃傷性；通過(guò)個(gè)組分的配合作用，有利于制得綜合性能較佳的復(fù)合陶瓷涂層；

33、（2）本發(fā)明復(fù)合陶瓷漿料的制備方法中，直接將復(fù)合陶瓷粉末、粘接劑和溶劑混合后，進(jìn)行超聲分散。該制備方法簡(jiǎn)單高效且能夠根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同，調(diào)控各組分之間的配比，從而滿足更多應(yīng)用需求。

34、（3）本發(fā)明中的復(fù)合陶瓷涂層銅襯墊中，在銅基體上構(gòu)建了一層耐高溫的陶瓷涂層，該涂層可阻隔銅基體與熔池的接觸，減少或杜絕向焊縫中滲入銅元素，可以保證焊縫中成分的純凈。

35、（4）本發(fā)明中的復(fù)合陶瓷涂層銅襯墊的制備方法，工藝操作簡(jiǎn)單，當(dāng)涂層失效時(shí)只需再用同樣的工藝進(jìn)行噴涂，即可獲得新的耐高溫陶瓷涂層。