專利名稱：一種奧氏體不銹鋼耐熱防腐電加熱器的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電加熱器件的制造技術(shù)，具體是一種奧氏體不銹鋼耐熱防腐電加熱 器的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
電加熱器主要用于各類制熱設(shè)備中，加熱溫度通常在300 85(TC之間，加熱 介質(zhì)種類也較多，如水及其溶液、熔融金屬等，因此要求加熱器既耐高溫又耐腐蝕。 目前電加熱器主要用材為奧氏體不銹鋼。奧氏體不銹鋼在50(TC以下耐熱防腐性能 優(yōu)異，但長期在大于50(TC工作時，高溫氧化嚴重，會在晶界析出碳化鉻，引起晶 間腐蝕，致使產(chǎn)品報廢。 一般來說，為提高奧氏體不銹鋼的高溫抗氧化性，通常要 增加鋼中鉻含量，從而不得不增加奧氏體穩(wěn)定化元素鎳的含量，或者電加熱器直接 采用鎳基高溫合金。我國是鎳資源缺乏國家，從經(jīng)濟和資源角度來說，在奧氏體不 銹鋼電加熱器表面制備耐熱防腐層是節(jié)約資源，延長產(chǎn)品使用壽命最有效的途徑。 當(dāng)前國內(nèi)外對奧氏體不銹鋼表面耐熱防腐層的制備方法主要有以下幾種
1、 噴涂。通過等離子體噴涂，使陶瓷材料滲入基體金屬表層，形成網(wǎng)絡(luò)與超 微粒并存的金屬陶瓷復(fù)合涂層。金屬陶瓷涂層熱穩(wěn)定性能好，且耐腐蝕，能滿足耐 高溫防腐蝕的要求。但應(yīng)用過程中需克服陶瓷材料的應(yīng)力剝落、涂層結(jié)合力弱以及 涂層厚度不夠均勻等問題。
2、 等離子化學(xué)氣相沉積。近10年發(fā)展起來的等離子增強化學(xué)氣相沉積是將低 氣壓氣體放電等離子體應(yīng)用于化學(xué)氣相沉積中的一項新技術(shù)，它是用輝光放電產(chǎn)生 的等離子體激活氣體分子，使化學(xué)氣相的化學(xué)反應(yīng)在低的溫度下進行。這是一種高 頻輝光放電物理過程與化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的技術(shù)。可以在不銹鋼表面沉積氧化鋯、氧 化鋁、碳化硅等陶瓷薄膜，具有高的熱穩(wěn)定性能。但所需設(shè)備復(fù)雜，成本較高，就 電加熱器尺寸而言(原始尺寸大于8m)很難實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。
3、 電鍍與化學(xué)鍍。在不銹鋼表面電鍍鎳或化學(xué)鍍鎳磷合金可提高不銹鋼在高 溫條件下的使用性能。鎳鍍層相對于不銹鋼基體屬于陰極性鍍層，防護性能與孔隙 率關(guān)系密切。鍍液的配方及工藝條件是鍍層的質(zhì)量的關(guān)鍵?；瘜W(xué)鍍鎳磷合金不使用 外電源，以次亞酸鹽為還原劑，將鎳鹽還原為鎳，同時還原劑轉(zhuǎn)變?yōu)榱祝c鎳一起析出，共同沉積在鍍件表面形成Ni-P鍍層的工藝，具有操作簡單、仿型性好的特點，不存在電鍍中因電力分布不均而造成深鍍能力和分散能力差的問題。但化學(xué)鍍液的耐用性不如電鍍液。
各類涂鍍技術(shù)在不銹鋼表面制備的各類防護層，由于涂鍍層與基材之間缺乏擴散結(jié)合或冶金結(jié)合，因此涂層與基材的結(jié)合力較弱。而奧氏體不銹鋼電加熱器的生產(chǎn)流程通常包括縮管、彎管成型等塑性變形工序，這些工序是最能考驗制備的涂鍍層是否能達到應(yīng)用要求的重要工序。事實證明，上述單一的涂鍍技術(shù)很難滿足奧氏體不銹鋼電加熱器的生產(chǎn)要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種鍍層防腐結(jié)合力強、耐高溫和耐腐蝕能力強的奧氏體不銹鋼耐熱防腐電加熱器的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明的奧氏體不銹鋼耐熱防腐電加熱器的生產(chǎn)方法包括下列步驟
a. 對奧氏體不銹鋼管進行電鍍，在奧氏體不銹鋼管表面形成厚度為20 25iim的鍍鎳層；
b. 對具有鍍鎳層的不銹鋼管進行高溫擴散處理，具體步驟是將鍍鎳的奧氏體不銹鋼管在通有保護氣氛的高溫加熱爐中或?qū)㈠冩嚨膴W氏體不銹鋼管在真空熱處理爐中進行擴散處理，加熱溫度1000 1050'C;保溫時間30 40min，然后水冷或氣冷。
在上述步驟a和步驟b之間進行常規(guī)的裝電阻絲和填絕緣導(dǎo)熱粉工序，在步驟b之后進行常規(guī)的縮管、加工、去應(yīng)力退火和彎管成型工序。
本發(fā)明采用電鍍后高溫擴散處理的步驟，能夠?qū)㈦娂訜崞鞅砻娼Y(jié)合力薄弱的電鍍鎳層轉(zhuǎn)化為具有高結(jié)合力且鎳濃度梯度分布合理的鎳擴散層，經(jīng)過實驗驗證，其耐高溫和耐腐蝕能力大大高于傳統(tǒng)方法獲得的產(chǎn)品。
具體實施例方式
本發(fā)明方法的實施例如下
實施例中電加熱管所用材料為304不銹鋼，尺寸為4)10X2600咖。生產(chǎn)過程(1)除油
工件采用超聲波強化除油，使用頻率16 20kHz。將切割好的304不銹鋼管放入超聲清洗槽中進行堿性除油，除油配方及工藝條件為氫氧化鈉50g/L;碳酸鈉40g/L;磷酸鈉30g/L;硅酸鈉5g/L;溫度7(TC; 20分鐘。除油后工件表面先進行熱水沖洗，然后再冷水沖洗。
(2) 酸洗
將除油清洗后的工件放入酸洗槽中進行酸洗，酸洗溶液為體積比1: 1的鹽酸和硝酸，在室溫下酸洗2 5分鐘。酸洗后工件表面冷水沖洗。
(3) 陰極預(yù)鍍鎳
將酸洗清洗后的工件放入預(yù)鍍槽中進行陰極預(yù)鍍鎳，陰極預(yù)鍍鎳溶液配方及工藝條件為氯化鎳240g/L; 36%鹽酸120ml/L;電流密度2. 5A/dm2;陽極材料為普通電解鎳；在室溫下預(yù)鍍鎳l分鐘。
(4) 電鍍鎳
陰極預(yù)鍍鎳后立即轉(zhuǎn)入鍍鎳槽中進行電鍍鎳，電鍍?nèi)芤号浞郊肮に嚄l件為硫酸鎳300g/L;氯化鎳50g/L;硼酸40g/L;十二烷基硫酸鈉0. lg/L;陽極材料為普通電解鎳；溫度50。C; Ph3.8 4.5;電流密度2. 5A/dm、時間30 40分鐘。電鍍鎳層組織見圖l。鍍槽長度為2800mm,工件采用橫向擺放，每槽施鍍10根，施鍍量的多少取決于鍍槽的大小。
(5) 在電鍍后的不銹鋼管中裝入電阻絲和填充導(dǎo)熱絕緣粉。
(6) 高溫擴散處理
對電鍍鎳后的不銹鋼管裝電阻絲，填絕緣導(dǎo)熱粉，然后裝入高溫加熱爐中進行加熱，加熱時通入氬氣進行保護以防止氧化與脫碳(也可以用真空熱處理爐加熱)。加熱溫度1000 1050°C;保溫時間30 40min;水冷或氣冷。
(7) 不銹鋼電加熱管成型對高溫擴散處理后的不銹鋼電加熱管進行縮管、加工、去應(yīng)力退火，然后彎管
成型。其中去應(yīng)力退火加熱溫度200'C，保溫時間l小時。
對高溫擴散處理前、后的不銹鋼管材料進行分析，在高溫擴散處理前，電鍍鎳層厚度均勻且與基體有明顯的分界面，而高溫擴散處理后，電鍍鎳層向不銹鋼基體進行擴散，擴散后厚度增加且鍍層與基體有明顯鋸齒狀的結(jié)合，表明鍍層與基體實現(xiàn)了冶金結(jié)合，并且鎳元素線掃描曲線顯示鍍層到基體鎳元素濃度梯度分布合理。
對不銹鋼電加熱器進行耐高溫試驗將奧氏體不銹鋼電加熱器放入箱式電阻爐中進行加熱，加熱溫度650 750'C，保溫時間10 15小時，然后空冷。結(jié)果表明，具有本發(fā)明方法獲得的耐熱防腐層的不銹鋼電加熱器表面光亮無任何的氧化，而未做防護層的不銹鋼電加熱器表面變黑氧化嚴重。對不銹鋼電加熱器耐腐蝕試驗對奧氏體不銹鋼電加熱器進行標準鹽霧試驗。
試驗條件為5%氯化鈉溶液，工作溫度35'C，連續(xù)噴霧，試驗時間120小時。結(jié)
果顯示，具有本發(fā)明方法獲得的耐熱防腐層的不銹鋼電加熱器表面光亮潔凈，而未做防護層的不銹鋼電加熱器表面出現(xiàn)大量腐蝕斑。
權(quán)利要求
1、一種奧氏體不銹鋼耐熱防腐電加熱器的生產(chǎn)方法，其特征是包括下列步驟，a. 對奧氏體不銹鋼管進行電鍍，在奧氏體不銹鋼管表面形成厚度為20～25μm的鍍鎳層；b. 對具有鍍鎳層的不銹鋼管進行高溫擴散處理，具體步驟是將鍍鎳的奧氏體不銹鋼管在通有保護氣氛的高溫加熱爐中或?qū)㈠冩嚨膴W氏體不銹鋼管在真空熱處理爐中進行擴散處理，加熱溫度1000～1050℃；保溫時間30～40min，然后水冷或氣冷。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的奧氏體不銹鋼耐熱防腐電加熱器的生產(chǎn)方法，其特 征是在步驟a和步驟b之間進行裝電阻絲和填絕緣導(dǎo)熱粉工序，在步驟b之后 進行縮管、加工、去應(yīng)力退火和彎管成型工序。
全文摘要
本發(fā)明涉及電加熱器件的制造技術(shù)，具體是一種奧氏體不銹鋼耐熱防腐電加熱器的生產(chǎn)方法。該方法包括下列步驟a.對奧氏體不銹鋼管進行電鍍，在奧氏體不銹鋼管表面形成厚度為20～25μm的鍍鎳層；b.對具有鍍鎳層的不銹鋼管進行高溫擴散處理，具體步驟是將鍍鎳的奧氏體不銹鋼管在通有保護氣氛的高溫加熱爐中或?qū)㈠冩嚨膴W氏體不銹鋼管在真空熱處理爐中進行擴散處理，加熱溫度1000～1050℃；保溫時間30～40min，然后水冷或氣冷。本發(fā)明采用電鍍后高溫擴散處理的步驟，能夠?qū)㈦娂訜崞鞅砻娼Y(jié)合力薄弱的電鍍鎳層轉(zhuǎn)化為具有高結(jié)合力且鎳濃度梯度分布合理的鎳擴散層，經(jīng)過實驗驗證，其耐高溫和耐腐蝕能力大大高于傳統(tǒng)方法獲得的產(chǎn)品。
文檔編號H05B3/78GK101532156SQ200910025899
公開日2009年9月16日 申請日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日
發(fā)明者苗潤生, 偉 譚, 邵紅紅 申請人:鎮(zhèn)江市東方制冷空調(diào)設(shè)備配件有限公司;江蘇大學(xué)