本發(fā)明涉及變徑復合管制作技術領域，具體涉及一種由金屬、陶瓷及高分子通過自蔓延高溫合成技術（Self-propagatinghigh-temperaturesynthesis簡稱SHS）和真空離心浸漬澆注等特種方法復合加工而成的大口徑耐磨耐蝕三元復合變徑管的制作方法。

背景技術：
我國近十幾年來經濟發(fā)展迅速，一系列與能源、環(huán)保相關的重大建設工程項目如煙氣脫硫、煤炭變油、川氣東送、油氣凈化、海水淡化等均在實施中。由于材料涉及腐蝕磨損和沖蝕磨損等相互作用工況，設備和管道出現過早泄漏現象頻繁。尤其是沿海地區(qū)的火電廠，由于受到含顆粒泥沙海水的沖蝕磨損作用，大量灰渣輸送管、冷卻水循環(huán)海水管及廢液處理管等，泄漏情況更為嚴重。據統(tǒng)計，我國輸送管道、工藝管道和公用管道累計長達數千公里。每年管道因腐蝕、磨損、沖蝕等引起的泄漏相當頻繁，維修更換量大，直接經濟損失幾十億元。當今可用的管道有三類:金屬類（不銹鋼管、鎳磷鍍層管、高鉻鑄鋼管、高鉻稀土管、滲鋁管、雙金屬管、碳鋼管等）；聚合物類（橡膠襯里鋼管、塑料襯里鋼管、噴塑鋼管、玻璃鋼管、塑料襯鋼復合管、纖維增強塑料管等）；陶瓷類（鑄石襯里鋼管、陶瓷復合鋼管、搪玻璃鋼管、水泥澆鑄鋼管等）。這些單質管道或二元復合管，由于性能單一，界面為物理粘接，結合力弱，僅適用單純的磨損或腐蝕工況，在復雜工況下使用時壽命均很短，有的不到一個月就泄漏，對社會經濟產生了很大的影響。這其中彎管、變徑管的失效最快，原因是其在輸送介質過程中，其受到的磨損相對比直管高幾倍至幾十倍，在磨損腐蝕的交互作用下，失效也遠快于直管。

技術實現要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于輸送有腐蝕磨損、沖蝕磨損、磨損結垢及復合腐蝕等復雜介質工況，特別是火力、核發(fā)電行業(yè)汽輪機熱交換使用海水循環(huán)冷卻，存在海水腐蝕和泥沙磨損狀況的大口徑的由金屬、陶瓷和高分子復合加工而成的大口徑耐磨耐蝕三元復合變徑管的制作方法。本發(fā)明提出的大口徑耐磨耐蝕三元復合變徑管的制作方法，具體步驟如下：(1)、采用梯度法分節(jié)分步進行自蔓延高溫離心合成反應（SHS）根據變徑管的長度及大小端直徑差情況，在變徑管內表面分別設置一定數量的擋環(huán)，使變徑管沿軸向分成多個梯度過渡，即把變徑管分成多個管節(jié)（管段），一般以直徑差距4mm~30mm作為一個梯度，從小直徑擋環(huán)開始，將擋環(huán)固定在變徑管小直徑端內；在擋環(huán)內填充鋁熱劑，將變徑管裝夾置于離心機上進行旋轉，使鋁熱劑均勻分布于擋環(huán)內，用點火器點燃鋁熱劑，進行自蔓延高溫離心合成反應（SHS），待冷卻后去除擋環(huán)再以同樣方法處理變徑管大一節(jié)梯度，直至最后到大直徑端；反應結束后生成TiB2/ZrB2-Al2O3陶瓷；(2)、在相鄰的擋環(huán)間形成的梯度之間截面為三角的區(qū)域填充耐磨材料，耐磨材料由耐磨無機粒子和改性樹脂復合粘接劑組成；(3)：采用模型真空澆注工藝對變徑管內表面進行拼混樹脂澆注成型制作與變徑管內表面相應的內模，內模與步驟(2)所得陶瓷和耐磨材料層間隔控制在3mm~10mm，內模與變徑管端部密封使形成一密閉空間，留兩個接口，一個接口用抽真空機抽真空，控制真空度為0.1-0.3大氣壓，另一個接口吸入配制好的有機/無機拼混樹脂，直至填實，待時間大于或等于12小時固化結束，拆除內模完成制品。本發(fā)明中，步驟(1)中所述鋁熱劑主要成分是氧化鐵粉Fe2O3和鋁粉Al，還添加有二氧化鋯ZrO2、二氧化鈦TiO2、二氧化硅SiO2、三氧化二鋁Al2O3和三氧化二硼B(yǎng)2O3，其中：按重量百分比計，氧化鐵粉52-60%、鋁粉18-24%、二氧化鋯3-8%、二氧化鈦3-5%、二氧化硅1-4%、三氧化二鋁1-4%、三氧化二硼3-8%，，其總重量滿足100%。使反應產物α-Al2O3具有高韌性，能通過中間層Fe緊密貼合于大口徑變徑管內表面，不會出現開裂、鼓包、翹起、脫殼等現象。本發(fā)明中，自蔓延高溫離心合成反應（SHS）是將配制的反應物料（鋁熱劑）置于管內，然后將金屬管裝在離心機上，使其高速旋轉并引燃粉末物料，利用鋁熱反應所釋放的熱量，產生3000℃以上的高溫，使反應在金屬管內迅速蔓延，TiB2（熔點為2850℃）/ZrB2（熔點為3040℃）-Al2O3（熔點為2040℃）及Fe（熔點為1560℃）被加熱使其處于熔融狀態(tài)。同時鋼管的內壁亦受熱熔化一薄層，與生成物相融為一體，高溫液相在離心力場的作用下而發(fā)生分離，密度大的Fe（7.8g/cm3）緊靠鋼管內壁形成中間過渡層，并與鋼管內壁呈冶金融合狀態(tài)；密度小的TiB2（4.52g/cm3）/ZrB2（5.8g/cm3）-Al2O3（3.97g/cm3）則緊貼著鐵層，形成均勻致密的陶瓷層。反應的化學方程式如下：Fe2O3+2Al——Al2O3+2Fe+836kJ3TiO2+3B2O3+10Al→3TiB2+5Al2O3(3ZrO2+3B2O3+10Al→3ZrB2+5Al2O3)α-Al2O3陶瓷具有高硬、不粘、抗蝕、隔熱和耐溫的特點，TiB2/Al2O3復合粉體具有良好的界面結合，這主要由TiB2在Al2O3顆粒表面進行非均相成核、結晶和長大的結晶過程所決定的，顆粒間良好結合的界面，能有效抑制晶粒生長，宏觀上使α-Al2O3陶瓷具有高韌性，能通過中間層Fe緊密貼合于大口徑鋼管內表面，不會出現開裂、鼓包、翹起、脫殼等現象。本發(fā)明中，步驟(2)中所述耐磨無機粒子為金剛砂、石英砂或氧化鋁陶瓷等中任一種，顆粒大小為250～710μm。本發(fā)明中，步驟(2)中所述改性樹脂復合粘接劑由環(huán)氧樹脂與聚酯樹脂類高強粘合劑組成。本發(fā)明中，步驟(3)中所述填實是將聚合物樹脂固化于陶瓷基孔隙內，并再形成一聚合物樹脂內壁層。本發(fā)明中，步驟(3)中所述有機/無機拼混樹脂中，所述有機樹脂為環(huán)氧樹脂﹑固化劑和改性劑，或者是不飽和聚酯樹脂、引發(fā)劑和促進劑；無機填料為玻璃鱗片、二氧化硅、二氧化鈦﹑滑石粉和石膏，它們的質量比是(1-2):(1-2):(0.2-0.5):(6-9):(4-6)。具體方法是：將有機樹脂與無機填料按(2-4):(1-4)質量比在拼混樹脂溶劑中混合而成有機/無機拼混樹脂，拼混樹脂溶劑采用混合溶劑，它們是二甲苯﹑丁酮或乙酸丁酯任意兩種混合溶劑，拼混樹脂混合溶劑的使用量為有機樹脂總量的2-5%。本發(fā)明中，有機樹脂中環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂，不飽和聚酯樹脂為乙烯基酯樹脂；固化劑為聚酰胺，改性劑為聚硫橡膠，引發(fā)劑為過氧化甲乙酮，促進劑為辛酸鈷液。本發(fā)明中，可使用直接涂覆方法直接在基體上涂覆有機/無機拼混樹脂，浸涂或刷涂有機/無機拼混樹脂，固化后形成聚合物樹脂內壁層。本發(fā)明制作的三元復合變徑管是由金屬、陶瓷、聚合物等通過特種方法復合加工而成，主要技術有：梯度分節(jié)分步加工工藝技術；異種材料的反應復合成型技術；微納米復相陶瓷的配混改性技術；拼混樹脂的反應浸漬技術等。解決了自蔓延高溫離心合成技術（SHS）中無法對變徑管進行應用的難題，同時將金屬承載連接性、陶瓷抗磨耐蝕性和聚合物耐蝕性等單一優(yōu)異性能復合于一體，實現三元材料復合后性能最優(yōu)化、協(xié)同化和功能化，不僅可以實現新型復合管綜合性能的預設計以適應不同的介質工況，而且異種材料界面為化學結合，存在過渡層，使界面不同材料的熱膨脹系數相匹配，粘接力強，賦予其優(yōu)異的防磨損耐腐蝕抗疲勞的綜合性能。使用壽命長，性價比高，從而解決了現有的變徑管道在復雜工況下的壽命短的問題，提高了管線整體運行壽命，減少非正常停機次數和維修頻率，具有非常重要的工程應用價值。大口徑耐磨耐蝕三元復合變徑管系列制品，將直接應用于一些新建、改建、擴建等重大管路系統(tǒng)工程項目中，如火電廠煙氣脫硫裝置管路系統(tǒng)、灰渣濕態(tài)排放輸送管線、凝汽器循環(huán)冷卻水海水管線或淡水改海水管路系統(tǒng)，以及煉鐵廠高爐水渣排放管等。有益效果：1、本發(fā)明提出了在變徑鋼管內耐磨耐蝕復合層（陶瓷層和樹脂層）的加工方法，解決了大口徑變徑管內無法加工陶瓷層的難題。2、本發(fā)明可以有效地預防大口徑輸送管線輸送顆粒腐蝕介質在變徑處磨損腐蝕失效，延長變徑乃至整條管線使用壽命。附圖說明圖1為變徑管內第一節(jié)自蔓延反應離心旋轉示意圖。圖2為變徑管內第一節(jié)燒制TiB2/ZrB2-Al2O3金屬陶瓷層示意圖。圖3為圖2中變徑管內第一節(jié)燒制TiB2/ZrB2-Al2O3金屬陶瓷層的局部放大圖。圖4為變徑管內第二節(jié)燒制TiB2/ZrB2-Al2O3金屬陶瓷層示意圖。圖5為圖4中變徑管內第二節(jié)燒制TiB2/ZrB2-Al2O3金屬陶瓷層的局部放大圖。圖6為變徑管內完成燒制TiB2/ZrB2-Al2O3金屬陶瓷層示意圖。圖7為圖6中變徑管內完成燒制TiB2/ZrB2-Al2O3金屬陶瓷層的局部放大圖。圖8為變徑管內耐磨材料填充部分示意圖。圖9為圖8中變徑管內耐磨材料填充部分局部放大圖。圖10為變徑管內表面拼混樹脂澆注部分示意圖。圖11為圖10中變徑管內表面拼混樹脂澆注部分局部放大圖。圖12為變徑管內表面拼混樹脂澆注成型部分示意圖。圖13為圖12中變徑管內表面拼混樹脂澆注成型部分局部放大圖。圖中標號：1.變徑管，2.法蘭，3.螺栓，4.反應原料，5.旋轉模具，6.端蓋，7.擋環(huán)，8.陶瓷，9.耐磨材料，10.拼混樹脂，11.內模。具體實施方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。實施例1：對DN700-DN600長度200的變徑管進行此方法制作（未注明單位均為mm，以下同）a.采用梯度法分節(jié)分步對變徑管進行自蔓延高溫離心合成反應，步驟如下：此大口徑變徑管大端外徑為720，小端外徑為630，壁厚14，大端內徑為692，小端內徑為602，大小端內徑直徑差90，以直徑差18（單邊差9）為梯度間隔，則可分為5節(jié)（段），則變徑管軸向長度200，分成5段后每段為40，變徑管內中間每段直徑分別是：674、656、638、620，按上述直徑分別制作四只擋環(huán)，擋環(huán)開孔內徑400，厚度20，并制作大、小兩端的封蓋，封蓋尺寸參照相應的法蘭連接尺寸，封蓋開孔內徑400，厚度20。變徑管大小兩端裝配法蘭并電焊焊接，小端裝上封蓋，并固定在離心機上，同時安裝620擋環(huán)，并固定牢固，準備對變徑管第一節(jié)進行反應燒制TiB2/ZrB2-Al2O3金屬陶瓷層。以配方為氧化鐵粉58%、鋁粉22%、氧化鋯粉5%、氧化鈦粉4%、氧化硅粉3%、氧化鋁粉3%、氧化硼5％等組成1.8kg混合粉料。旋轉變徑管，加入混合粉料（見圖1），點燃粉料，進行自蔓延離心反應復合成型，離心轉速是800轉/分，在鋼管內壁第一節(jié)燒制一層具有高耐磨性能的TiB2/ZrB2-Al2O3金屬陶瓷（見圖2、圖3）。拆除620擋環(huán)，安裝638擋環(huán)，固定牢固，準備對變徑管第二節(jié)進行反應燒制TiB2/ZrB2-Al2O3金屬陶瓷層，加入1.85kg混合粉料，以同樣方法燒制第二節(jié)金屬陶瓷層（見圖4、圖5）。直至最后裝上大端封蓋，將第5節(jié)金屬陶瓷層燒好（見圖6、圖7）。b.變徑管內表面陶瓷層梯度之間截面為三角形的區(qū)域使用耐磨材料填充耐磨材料主要由耐磨無機粒子和改性樹脂復合粘接劑組成，耐磨材料無機粒子選擇高硬度金剛砂，粒度為420μm，改性樹脂復合粘接劑選用環(huán)氧樹脂與聚酯樹脂組成高強粘合劑，耐磨無機粒子和改性樹脂復合粘接劑重量配比為3:2，配制總量1.8kg，用刮刀填充于陶瓷層梯度之間截面為三角形的區(qū)域內（見圖8、圖9）。c.采用模型真空澆注工藝對變徑管內表面進行拼混樹脂澆注成型以厚度4的鋼板依照變徑管內腔卷制做好內模，內模與變徑管內陶瓷耐磨層之間留有5毫米間隙，端部用橡膠圈封堵，用抽真空機抽出管內空氣，達到0.02MPa，加入約7.6kg經配混的環(huán)氧基拼混樹脂（配混比例為：環(huán)氧樹脂30%，聚酰胺10%，聚硫橡膠10%，玻璃鱗片6%，二氧化硅6%，二氧化鈦1%，滑石粉20%，石膏粉13%，二甲苯2%，乙酸丁酯2%）直至填滿，緩慢恢復管內壓力到常壓（見圖10、圖11）。拼混樹脂固化12小時左右，固化后的拼混樹脂層厚度為5，拆開內模、封蓋完成制備（見圖12、圖13）。實施例2：對DN1200-DN1000長度400的變徑管進行此方法制作（未注明單位均為mm，以下同）a.采用梯度法分節(jié)分步對變徑管進行自蔓延高溫離心合成反應，步驟如下：此大口徑變徑管大端外徑為1220，小端外徑為1020，壁厚14，大端內徑為1192，小端內徑為992，大小端內徑直徑差200，以直徑差25（單邊差12.5）為梯度間隔，則可分為8節(jié)（段），變徑管軸向長度400，分成8段后每段長度為50，變徑管內中間每段直徑分別是：1167、1142、1117、1092、1067、1042、1017，以上述直徑分別制作7只擋環(huán)，擋環(huán)開孔內徑800，厚度20，并制作大、小兩端的封蓋，封蓋尺寸參照相應的法蘭連接尺寸，封蓋開孔內徑800，厚度20。變徑管大小兩端裝配法蘭并電焊，小端裝上封蓋，并固定在離心機上，同時安裝1017擋環(huán)，并固定牢固，準備對變徑管第一節(jié)進行反應燒制TiB2/ZrB2-Al2O3金屬陶瓷層。以配比為氧化鐵粉58%、鋁粉22%、氧化鋯粉5%、氧化鈦粉4%、氧化硅粉3%、氧化鋁粉3%和氧化硼5%組成3.72kg混合粉料。旋轉變徑管，加入混合粉料（見圖1），點燃粉料，進行自蔓延離心反應復合成型，離心轉速是600轉/分，在鋼管內壁第一節(jié)燒制一層具有高耐磨性能的TiB2/ZrB2-Al2O3金屬陶瓷（見圖2、圖3）。拆除1017擋環(huán)，安裝1042擋環(huán)，固定牢固，準備對變徑管第二節(jié)進行反應燒制TiB2/ZrB2-Al2O3金屬陶瓷層，加入3.81kg混合粉料，以同樣方法燒制第二節(jié)金屬陶瓷層（見圖4、圖5）。直至最后裝上大端封蓋，將第8節(jié)金屬陶瓷層燒好（見圖6、圖7）。b.變徑管內表面陶瓷層梯度之間截面為三角形的區(qū)域使用耐磨材料填充耐磨材料主要由耐磨無機粒子和改性樹脂復合粘接劑組成，耐磨材料無機粒子選擇高硬度金剛砂，粒度為500μm，改性樹脂復合粘接劑選用環(huán)氧樹脂與聚酯樹脂組成高強粘合劑，耐磨無機粒子和改性樹脂復合粘接劑重量配比為3:2，配制總量3.5kg，用刮刀填充于陶瓷層梯度之間截面為三角形的區(qū)域內（見圖8、圖9）。c.采用手工浸涂方法對變徑管內表面進行樹脂層涂覆成型表面分批浸涂經配混拼混樹脂，總量15.4kg，（配混比例為：乙烯基酯樹脂60%，過氧化甲乙酮1.5%，辛酸鈷液1.5%，玻璃鱗片4%，二氧化硅4%，二氧化鈦1%，滑石粉15%，石膏粉10%，二甲苯2%，丁酮1%），涂覆后拼混樹脂固化12小時左右，樹脂層厚度為5（見圖10、圖11）。拆開內模、封蓋完成制備（見圖12、圖13）。