自蔓延静态铝热法制备陶瓷内衬层复合钢管

摘要

该文通过自蔓延静态铝热法制备了陶瓷内衬导复合钢管,其制备的原理为,通过铝热反应2Al+Fe<,2>O<,3>=Al<,2>O<,3>+2Fe+836KJ,结合自蔓延反应的特点,最终在钢管内壁 上均匀涂敷上一层1.5~3.5mm厚度的Al<,2>O<,3>陶瓷内衬层.通过实验,具体探讨了各种 工艺参变化对自蔓延静态铝热反应的影响.同时对铝热剂的燃烧机制、散热机制、复合钢管的形成及结合机制、裂纹的形成机制进行了探讨,而且对陶瓷内衬层的组织及各种性能进行了观察和测定.陶瓷内衬层中的杂质主要有孔洞、少量裂纹及Fe颗粒组成,加入少量的SiO<,2>,可以使之显著减少,陶瓷内衬层的断裂是一种晶间断裂.陶瓷层的孔洞率为10﹪左右;内衬层的硬度很高,维氏硬度可达HV=1500.陶瓷层和钢管的结合性能非常好.陶瓷内衬层具有优良的抗热冲击、耐磨、耐腐性能.随SiO<,2>的适量加加入,复合钢管的综合性能有 明显的提高.

目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1引言

1.2自蔓延高温合成简介

1.3 SHS历史回顾

第二章自蔓延高温合成及其研究现状

2.1 SHS热力学

2.1.1 SHS反应的方式

2.1.2 SHS反应发生的必要条件

2.1.3 SHS反应绝热温度的计算

2.2 SHS动力学方面的研究

2.2.1燃烧波方程及燃烧波结构

2.2.2燃烧波速度的计算

2.2.3稳定燃烧及不稳定燃烧

2.3影响SHS反应的因素

2.4自蔓延铝热还原反应的进展

2.4.1利用自蔓延铝热反应合成其他材料

2.4.2自蔓延离心铝热法制备陶瓷内衬层钢管

2.4.3本课题研究的目的及任务

第三章自蔓延静态铝热法的实验原理和工艺参数的影响

3.1实验装置及材料

3.2实验预处理

3.3实验原理

3.4影响自蔓延静态铝热法的工艺参数

3.4.1 SiO2含量对反应过程的影响

3.4.2不同管径的影响

3.4.3松装密度的影响

3.4.4预热温度的影响

3.4.5冷却模式的影响

3.4.6改变化学配比的影响

3.4.7其它添加剂的影响

3.4.8 Fe3O4+Al体系

3.5本章总结

第四章自蔓延静态铝热法的燃烧和散热机制

4.1温度的变化

4.2燃烧机制

4.3散热机制

4.4复合钢管的冷却过程

4.5本章总结

第五章陶瓷内衬层的显微结构分析

5.1陶瓷内衬层的相组成

5.2陶瓷层的显微组织

5.3陶瓷内衬层中的孔洞

5.4陶瓷内衬层中的Fe颗粒

5.5陶瓷内衬层的断口分析

5.6复合钢管的结合情况

5.7钢管组织的变化

5.8陶瓷内衬层中的应力和裂纹机理研究

5.8.1压应力场分析

5.8.2温度引起的应力

5.8.3裂纹萌生与扩展

5.9本章总结

第六章陶瓷内衬层性能的研究

6.1陶瓷内衬层显气孔率和密度的测量

6.2陶瓷内衬层显微硬度的测定

6.3复合钢管的抗热震性能

6.4复合钢管的抗压溃性能

6.5复合钢管的抗剪切性能

6.6复合钢管的耐磨性能

6.7陶瓷内衬层的抗腐蚀性能及机理

6.8本章总结

第七章自蔓延静态铝热法的优缺点及下一步实验的构想

7.1自蔓延静态铝热法的优势及缺陷

7.2下一步的实验构想

结论

参考文献

致谢