重力分离SHS法制备陶瓷内衬复合钢管

论文摘要

随着工业技术的高速发展,冶金、矿山、化工和能源等众多领域都需要大量的耐磨、耐腐蚀和耐热管道材料,传统的管材已不能很好地满足多场合的使用要求。自蔓延高温合成技术制备的陶瓷内衬复合钢管不仅具有良好的耐磨、耐热性能,同时具有优异的耐腐蚀性能,因此具有广阔的应用前景。本文以Fe203和A1粉为主要原料,以SiO2、Na2B4O7、TiO2为添加剂,采用重力分离自蔓延高温合成法制备陶瓷内衬复合钢管。并对试样进行了抗压剪、抗腐蚀和抗热震性检测,同时采用XRD分析陶瓷层的物相组成,利用SEM观察涂层的微观结构,主要得出如下结论。(1)通过热力学计算,发现存在临界料管比,当实际料管比大于临界料管比时,钢管局部容易被烧穿。通过计算推导,可得出料管比、填料密度和钢管的内、外直径之间的关系。在本实验条件下,燃烧体系的临界料管比为0.5627、填料密度临界值为1.68g/cm3。通过实验分析对比得出本实验的最佳填料密度为1.6g/cm3。(2)SiO2添加量为2%时,陶瓷涂层的体积密度最大,为3.43g/cm3。(3)添加Na2B4O7能明显提高复合钢管的抗压剪强度,同时能提高陶瓷内衬涂层的致密度,本实验条件下,Na2B4O7的最佳添加量为4%。(4)Ti02可促进Al203晶体烧结,缩小陶瓷凝固温度区间,因此能提高陶瓷内衬涂层的致密度；Ti元素能促进陶瓷和铁的润湿行为,提高复合钢管的抗压剪强度。(5)适度过量的Al粉可减少涂层中铁铝尖晶石(Al2O3·FeO)相的含量,有助于提高复合钢管的耐腐蚀性能。在本实验条件下,Al粉添加量过量3%时,复合钢管的性能最佳。(6)适量的添加剂能提高复合钢管的抗热震性能,其中添加6%Ti02的复合钢管抗热震性能最优。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 研究内容
• 第2章 文献综述
• 2.1 自蔓延高温合成技术简介
• 2.2 自蔓延高温合成技术的基本理论
• 2.2.1 燃烧理论
• 2.2.2 SHS热力学
• 2.2.3 SHS动力学
• 2.2.4 结构宏观动力学
• 2.3 SHS应用现状及发展方向
• 2.3.1 SHS的应用
• 2.3.2 SHS的发展新方向
• 2.4 SHS制备陶瓷内衬复合钢管技术简介
• 2.4.1 离心分离SHS法
• 2.4.2 重力分离SHS法
• 2.4.3 陶瓷内衬复合钢管的合成机理
• 2.5 SHS陶瓷内衬复合钢管的研究现状
• 第3章 热力学分析与计算
• 3.1 绝热燃烧温度
• 3.1.1 绝热燃烧温度的作用
• 3.1.2 绝热燃烧温度的计算
• 3.2 填料密度与钢管尺寸的关系
• *'>3.2.1 临界料管比x^*
• 3.2.2 管径尺寸与填料密度的关系
• 第4章 填料密度对复合钢管的影响
• 4.1 前言
• 4.2 实验
• 4.2.1 主要实验设备
• 4.2.2 实验装置
• 4.2.3 实验用原料
• 4.2.4 管料的配比
• 4.2.5 试样制备
• 4.2.6 性能检测与分析
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 实验过程现象
• 4.3.2 X射线衍射分析
• 4.3.3 涂层的微观组织分析
• 4.3.4 填料密度对复合钢管性能的影响
• 第5章 添加剂对复合钢管的影响
• 5.1 前言
• 2对复合钢管的影响'>5.2 SiO₂对复合钢管的影响
• 5.2.1 实验方案
• 5.2.2 X射线衍射分析
• 5.2.3 涂层的微观组织分析
• 2对复合钢管性能的影响'>5.2.4 添加SiO₂对复合钢管性能的影响
• 2B₄O₇对复合管的影响'>5.3 Na₂B₄O₇对复合管的影响
• 5.3.1 实验方案
• 5.3.2 X射线衍射分析
• 5.3.3 涂层的微观组织分析
• 2B₄O₇对复合钢管性能的影响'>5.3.4 添加Na₂B₄O₇对复合钢管性能的影响
• 2对复合管的影响'>5.4 TiO₂对复合管的影响
• 5.4.1 实验方案
• 5.4.2 X射线衍射分析
• 5.4.3 试样的微观组织分析
• 2对复合管性能的影响'>5.4.4 添加TiO₂对复合管性能的影响
• 5.5 添加过量Al对复合钢管的影响
• 5.5.1 实验方案
• 5.5.2 X射线衍射和扫描电镜分析
• 5.5.3 添加过量Al粉对复合钢管内衬涂层的影响
• 5.6 复合管的宏观构成及抗热震实验
• 5.6.1 复合管的宏观构成
• 5.6.2 抗热震实验
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢