提高Fe-Si金属间化合物内加热套管抗热震性的成型工艺研究

摘要

在热浸镀锌/铝工业中，熔融锌/铝液对设备的腐蚀一直是该行业中最难解决的问题。近年来，热浸镀工业普遍采用了内热式陶瓷锅，以减少熔融锌/铝液对锅体的腐蚀。在内热式陶瓷锅日益推广的今天，对低成本、高性能、大尺寸、长寿命的内加热器保护套管的开发研究具有重要的意义。 目前内加热器保护套管还没有找到理想的材料，使之既具有优异的耐熔融锌/铝腐蚀性能，又具有良好的高温力学性能，因而内加热技术的应用和推广受到了很大的限制。 本课题针对这一问题，利用机械合金化一真空退火工艺制备的铁硅金属间化合物粉末，通过不同成型工艺，成功制作出了Fe-Si金属间化合物套管试样。并对各种成型工艺的套管试样进行了《水急冷-裂纹判定法》抗热震性检测和耐熔融锌铝液腐蚀检测，并利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜分析观察了各种成型套管的组织成分和显微形貌。研究分析结果表明： 对冷压烘干试样，成型压力、C-2粘结剂含量、润滑方式及烘干工艺对热震性有很大影响。随着成型压力的增大，套管的强度增大，抗热震性提高；粘结剂含量不宜过多，过多会降低套管致密度，降低抗热震性；套管采用半固态润滑剂润滑热震性好于液态润滑剂。 烧结可以有效提高套管的致密度和强度，从而使抗热震性大幅度提高。对冷压烧结试样，烧结温度，保温时间对套管抗热震性能影响较大，在一定范围内，提高烧结温度、延长保温时间，均能有效提高套管的烧结质量，如：烧结强度、密度、致密度提高，气孔率和孔隙直径降低，从而也提高了套管的抗热震性。 经过30小时的耐熔融锌铝腐蚀，冷压烧结试样和冷压烘干试样都没有出现被严重腐蚀的痕迹，腐蚀后的试样经X射线衍射分析并未发现Al和Zn元素存在，说明铁硅金属间化合物保护套管采用这两种工艺成型均具有良好的耐腐蚀性能。 石墨纤维与铁硅金属间化合物按照一定体积比物理共混后，采用冷压烘干和冷压烧结工艺均没有有效提高套管的强度、韧性和抗热震性，这可能与纤维和铁硅金属间化合物界面结合不好有关，也可能是我们工艺方法不合适，这需要在课题以后的研究中加以改进。 总之，抗热震性与套管的内部质量有直接关系，通过不同方法，最大限度地提高套管的内部质量，减少内部缺陷，提高强度，可以有效提高铁硅金属间化合物的抗热震性和耐腐蚀性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究的背景及意义

1.1.1腐蚀的危害与钢铁的表面热浸镀锌/铝

1.1.2热浸镀锌/铝的工业现状及应用

1.1.3国内外热浸镀锌/铝的加热炉现状

1.1.4目前内加热存在的问题

1.2国内外内加热保护套管的研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3本课题组以前的研究成果及存在问题

1.4本文的研究目的、内容及意义

1.4.1本论文的研究目的

1.4.2论文研究的主要内容

1.4.3本论文研究的意义

1.5铁硅金属间化合物套管抗热震性机理分析

1.5.1热应力断裂理论

1.5.2抗热震损伤理论

1.6铁硅金属间化合物耐熔融锌/铝液的腐蚀机理

1.6.1锌/铝液对金属间化合物的腐蚀机理

1.6.2铁硅金属间化合物耐熔铝腐蚀机理

1.7本文研究的可行性分析

1.7.1套管制备应用材料的可行性分析

1.7.2套管成型工艺的可行性分析

第二章实验材料、方法与设备

2.1实验步骤

2.2铁硅金属间化合物粉末的制备

2.2.1实验材料

2.2.2实验设备

2.2.3纳米铁硅金属间化合物粉的球磨

2.2.4纳米铁硅金属间化合物粉的退火

2.3内加热套管试样的几何外形设计

2.4内加热套管试样成型模具设计及制作

2.5套管试样成型方法设计

2.5.1套管试样的冷压成型

2.5.2石墨纤维增韧套管的冷压成型

2.5.3套管试样的烘干与烧结

2.6套管试样性能检测

2.6.1套管抗热震性检测

2.6.2套管耐腐蚀性能检测

2.6.3套管试样的密度检测

2.6.4套管试样的气孔率检测

2.6.5套管试样的抗弯强度检测

2.7套管组织成分与微观形貌分析

2.7.1套管组织成分分析

2.7.2套管微观形貌分析

第三章试验结果与分析

3.1冷压烘干成型套管的抗热震性实验结果与分析

3.1.1耐高温粘结剂C-2含量对抗热震性的影响

3.1.2成型压力对抗热震性的影响

3.1.3模具润滑方式对抗热震性的影响

3.1.4烘干工艺对抗热震性的影响

3.1.5小结

3.2冷压烧结套管的成分检测

3.1.1实验结果

3.2.2结果分析

3.3冷压烧结成型套管抗热震性实验结果与分析

3.3.1烧结温度对抗热震性的影响

3.3.2烧结时间对抗热震性的影响

3.3.3 SiC冷静压烧结管抗热震性分析

3.3.4小结

3.4添加石墨纤维套管的抗热震性试验分析

3.4.1套管抗热震性试验结果

3.4.2试验结果分析

3.4.3小结

3.5套管耐腐蚀性试验结果与分析

3.5.1耐腐蚀性实验结果

3.5.2实验结果分析

3.5.3小结

3.6本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢