离心自蔓延复合管金属过渡层微观结构及力学性能研究

摘要

离心自蔓延法是将离心技术与自蔓延高温合成技术相结合，在钢管内壁涂敷陶瓷层制备复合管的一种工艺方法。本文在离心力水平为160～180G时，利用离心自蔓延法制备陶瓷内衬复合管。通过改变燃烧体系的化学组分制备出的复合管含有不同金属间化合物的过渡层组织，并对比分析了Fe、Ti、Ni、CuO、B4C等添加剂对过渡层组织及复合管界丽结构和性能的影响。 本文采用硬度试验、抗压剪强度试验、抗压溃强度试验、抗热震性试验等方法测试了复合管的物理性能和力学性能；用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)观察金属过渡层组织及其与陶瓷层、钢管基体接合界面的微观形貌；用X射线衍射仪(XRD)分析测定金属过渡层中的物相组成；用能谱仪(EXS)对金属过渡层组织及复合管接合界面元素的种类、分布和含量进行分析；通过对不同体系金属过渡层的微观结构和相分析，研究了添加剂成分对复合管界面结构及力学性能的影响。 研究分析表明，在加入Fe、Ti、Ni、CuO、B4C等添加剂制取的含有金属间化合物相的过渡层组织显微硬度比无添加剂的纯Fe过渡层明显提高，使得陶瓷内衬复合管在物化性能上的平缓过渡，力学性能显著提高。尤其以加入20％～35％的Ti、Ni、B4C的反应体系制备出的新型Al2O3TiO2复相陶瓷内衬复合管性能最好，本文重点对该体系复合管做了详细分析。 试验结果表明，在Al2O3—TiO2复相陶瓷内衬复合管中，金属过渡层与基体熔合在一起，形成冶金结合；在离心力的作用下，密度介于Al2O3陶瓷相与Fe和金属间化合物之间的TiC相，把金属过渡层与陶瓷层很好地融合在一起形成了良好的结合。复合管形成基体金属—熔合区—金属过渡层—TiC混合区—Al2O3+TiO2复相陶瓷层良好的结合结构，使得复合管抗剪切强度和抗压溃强度比普通离心复合管分别提高40～50％和40～64％，抗热冲击能力也大大加强，从而使陶瓷内衬复合管的使用寿命和安全稳定性显著提高。

目录

文摘

英文文摘

声明及关于学位论文使用权的说明

第一章绪论

第二章试验方案的设计及实施

第三章离心SHS复合管测试结果及分析

第四章离心SHS复合管力学性能测试方法及结果

第五章结论

参考文献

致谢

攻读硕士研究生期间发表论文