基于SHS技术制备陶瓷内衬复合钢管的研究

摘要

陶瓷内衬复合钢管具有优良的耐磨、耐蚀和耐热等性能，在石油、化工、矿山、冶金等行业具有潜在的应用前景。因此，开展陶瓷内衬复合钢管制备技术的研究，具有一定的现实意义。本文以自蔓延高温合成（SHS）技术为基础，分别开展了SHS-重力法和SHS-离心法制备陶瓷内衬复合钢管的研究。在相对简单的SHS-重力法中，着重研究了铝热反应体系的SHS反应热力学及混合料配比、添加剂等工艺参数对陶瓷层形成及质量的影响。在SHS-离心法中，针对三一重工混凝土浆料输送管（φ133mm×1500mm×3mm），自行设计并制造了一台SHS-离心机，并进行了复合钢管的试制工作。研究结果表明：Fe2O3-Al 是较适合复合钢管制备的廉价SHS反应体系，在该体系中添加一种由SiO2、CaF2和CrO3组成的复合添加剂，可以提高陶瓷层的致密性；陶瓷层主要由Al2O3、复合化合物和Fe组成，其中，Al2O3和复合化合物呈枝晶状，Fe 呈弥散分布的团球状；在陶瓷与钢管的部分结合界面处，发现了较理想的界面过渡层，该过渡层是一种由Al、Fe、O、Ca、Si等元素组成的复合化合物；在SHS-离心法制备的复合钢管中，陶瓷层与钢管的结合界面一般均呈简单的机械结合，其结合强度不高；分析认为，钢管壁薄（3mm）、导热快，致使钢管内壁难以熔化等，是造成陶瓷层与钢管界面结合不好的主要原因；在复合钢管中，致力获得较理想的中间过渡层，改善陶瓷层与钢管的界面结合，是利用SHS-离心法制备小口径、薄壁复合钢管下一步研究的重点方向。