專利名稱：在鈦覆層組合物中抑火/防火的方法和結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多層覆層金屬復合材料制品，其耐化學腐蝕并可抗引燃和火的蔓延。
背景技術：
使用包括化學品和高壓在內的工藝的工業(yè)設備的結構，例如高壓釜，既要具備結構完整性又要耐化學腐蝕。用于處理金屬礦石的高壓釜通常是具有耐腐蝕磚或金屬內襯的鋼結構，以耐受極度的腐蝕環(huán)境?；钚越饘倮玮伜弯喖八鼈兊暮辖饘儆诜浅Ｉ俚倪m于作為這種結構的內襯的金屬。當高壓釜中存在高分壓的氧時，這些活性內襯金屬易于引燃，且當其表面氧化物被除去后，會繼續(xù)燃燒，從而發(fā)生快速再次氧化。除去表面氧化物能夠由機械組件的斷裂或部件之間的無意接觸引起。表面氧化物的缺失還能夠由磨擦或磨損引起。一旦發(fā)生燃燒，即使移走始發(fā)氧流，火也會通過利用來自周圍的空氣和水中的氧用于支持反應而蔓延。除實驗室用設備外，對活性金屬燃燒可能造成充滿高壓的高壓釜釜壁破裂的擔心，已經限制了金屬例如鈦在氧增強環(huán)境的反應器中的高壓釜釜壁中的應用。
在幾個在先專利中，已經意識到結構中鈦組件的引燃和隨后的燃燒的威脅，并提出了解決這個問題的方案。絕大部分解決方案都涉及覆蓋鈦的涂層，并希望此涂層可導走引起鈦發(fā)生引燃的熱量。例如，美國專利No.4,642,027公開了在噴氣發(fā)動機壓縮機部件的鈦部分以火焰或等離子噴涂金屬涂層的形式沉積熱傳導層。相類似地，美國專利No.4,935,193和No.5,006,419分別公開了一種鈦合金組件，其具有鋁/鈮合金和單獨的鋁的鈦抑火保護涂層。美國專利No.5,114,797在前面列出的公開內容的基礎上通過提供在鈦基體上的三層抑火涂層來尋求改進，此涂層由結合增強金屬基體層、絕熱氧化物中間層和金屬蓋層組成。美國專利No.5,102,697采取了類似方法來抑制鈦燃燒，其在暴露于超過550℃下的鈦或鈦合金的結構件上提供一種多功能保護涂層。在這些方法的每一種中，鈦都是結構部件并受到覆蓋涂層的保護。
美國專利No.4,393,122中公開的覆層板材的目的不是抑制鈦燃燒或保護鈦不發(fā)生燃燒。其專利權人說明了與在鋼板上爆炸焊接耐腐蝕金屬板有關的某些意識到的問題，并給出了另外的焊接方法，該方法引入了插入鋼板和耐腐蝕板之間的薄銅板和不銹鋼網，以在此結構的兩個外部板組件之間實施縫焊接。
對照現有技術的這種技術背景，本發(fā)明的首要目的是提供一種覆層結構金屬和活性金屬復合材料，其中這些活性金屬例如鈦可抗起始引燃，且一旦發(fā)生燃燒，還具有改進了的抑制活性金屬燃燒的能力，而不需要涂覆這些活性金屬。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種覆層復合材料制品，其包含可抑制高分壓氧環(huán)境下經過活性金屬層的燃燒的底層或背襯。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種覆層多層制品，其具有活性金屬組件和可阻止并抑制活性金屬燃燒的高傳導性金屬的中間層。
本發(fā)明的其他和進一步目的、特點和優(yōu)點在閱讀下面對發(fā)明方法與制得產品的說明的基礎上會變得明確。

發(fā)明內容
簡述本發(fā)明的優(yōu)選方式提供了一種方法和制得的結構鋼板和鈦或鈦合金薄板的多層復合材料產品，在結構鋼板和鈦或鈦合金薄板之間包覆了高熱導率金屬如銅、鋁、金、銀或它們合金的中間層。中間層直接置于耐腐蝕鈦下面，將熱從鈦的表面導走以在鈦表面維持一較低的溫度，以抗引燃并當引燃確實發(fā)生時可抑制燃燒。高熱導率中間層比較低熱導率的鈦或碳鋼能夠更有效地導走鈦表面產生的熱量，從而顯著增強了鈦對起始引燃的抵抗力。當鈦表面確實發(fā)生引燃時，中間層的較高熱導率減弱了火蔓延的趨勢。
本發(fā)明除了提供這種高熱導率中間層之外，還試圖選擇一種耐氧化的結構背襯材料例如不銹鋼合金，來抑制特別是在例如那些存在于某些高壓釜中的高分壓氧環(huán)境下經過鈦層的燃燒。


圖1是本發(fā)明多層復合材料的局部截面圖。
優(yōu)選實施方案詳述圖1以截面說明了所得的本發(fā)明的復合材料產品2。結構強度背襯金屬4優(yōu)選是壓力容器碳鋼、低合金鋼或不銹鋼。材料中的高熱導率薄板10，例如銅，完全置于(disposed across)并緊密接觸地包覆在不銹鋼背襯結構的上表面上。在銅薄板的上面包覆活性金屬如鈦、鋯或它們的合金的層8?；钚越饘賹悠鸬揭r在反應釜或類似裝置內側的耐腐蝕面的作用，其中這些反應釜或類似裝置用本發(fā)明復合材料產品2構成。
本發(fā)明說明書和權利要求書中所采用的包覆，包括所有的包覆技術，例如爆炸焊接、輥壓結合法、擴散結合法或其他任何可使面與面之間緊密接觸的、使用或不使用冶金結合的結合或附著方法。優(yōu)選非常熟悉的爆炸焊接法。
由于其成本、可獲得性、高熱導率和耐氧化性的原因，銅是用于中間層的優(yōu)選金屬。然而，其他具有類似傳導性和耐氧化性的金屬也可使用。這些另外的金屬包括鋁、金、銀和它們的合金。
各層的尺寸并不重要，然而為了實現本發(fā)明的目的并考慮到產品的成本，其相對比例可能是重要的。背襯鋼的尺寸很大程度由結構需要決定。鈦層的厚度由腐蝕和侵蝕因素以及成本主導。由傳導材料構成的中間層的厚度應優(yōu)選盡實際可能的厚，以使其導出鈦表面的熱量的效率最大化。
權利要求
1.一種制造既耐化學腐蝕又抗引燃的復合焊接的覆層結構的方法，包括步驟建立包含結構強度金屬的基體層；將高熱導率金屬的中間層包覆于所述基體層；和將耐腐蝕層包覆于所述中間層，耐腐蝕層的材料選自活性金屬。
2.權利要求1的方法，其中至少一個包覆步驟采用爆炸焊接法進行。
3.權利要求1的方法，其中至少一個包覆步驟采用輥壓結合法進行。
4.權利要求1的方法，其中至少一個包覆步驟采用擴散結合法進行。
5.權利要求1的方法，其中耐腐蝕層的材料是鈦或其合金。
6.權利要求1的方法，其中中間層選自銅、鋁、金和它們的合金。
7.一種覆層金屬結構復合材料，其包含，結構金屬的基體層，包覆于結構金屬層的高熱導率金屬的中間層，和包覆于中間層的耐腐蝕活性金屬層。
8.權利要求7的復合材料，其中基體層是碳鋼或不銹鋼合金。
9.權利要求7的復合材料，其中耐腐蝕活性層是鈦或鈦合金。
10.權利要求9的復合材料，其中鈦合金化元素選自包含鈮、鈀和釕的組。
11.權利要求7的復合材料，其中耐腐蝕層是鋯或鋯合金。
12.權利要求7的復合材料，其中中間層的金屬選自包含銅、鋁、金、銀和它們的合金的組。
13.一種覆層金屬復合材料，其包含，鋼合金的基體結構層；包覆于鋼結構層的高熱導率金屬的中間層，且該高熱導率金屬選自包括銅、鋁、金、銀和它們的合金的組，和包覆于中間層的活性金屬的耐腐蝕層。
14.權利要求13的復合材料制品，其中耐腐蝕層是鈦或鈦合金。
15.權利要求13的復合材料制品，其中耐腐蝕層是鋯或鋯合金。
16.權利要求13的復合材料制品，其中結構層是不銹鋼。
全文摘要
一種既耐化學腐蝕又抗引燃的復合覆層結構及其制造方法，此結構包含帶有附著活性金屬組分例如鈦或鋯的金屬基體，該活性金屬組分可抗起始引燃，一旦發(fā)生引燃，還具有改進了的抑制活性金屬燃燒的能力。這種復合結構包含例如碳鋼、低合金鋼或不銹鋼的結構基體層，和包覆于結構基體層的高熱導率金屬例如銅、鋁、銀及它們的合金的中間層，以及包覆于中間層上的選自鈦、鋯和它們的合金的活性金屬的耐腐蝕層。
文檔編號C25D5/10GK1989003SQ200580025368
公開日2007年6月27日 申請日期2005年9月6日 優(yōu)先權日2004年9月7日
發(fā)明者約翰·G·本克, 詹姆士·A·邁可瑪斯特 申請人:約翰·G·本克, 詹姆士·A·邁可瑪斯特