金属添加剂对SHS陶瓷内衬复合管微观结构与界面连接的影响

基于重力分离SHS法制备陶瓷内衬复合管,以(CrO3+Al)为燃烧体系,通过添加并调整(TiO2+Al+C)子体系与Ni金属添加剂之间的成分比例,合成出具有钢基体、中间过渡合金层与内衬陶瓷三层结构的复合管。研究金属添加剂Ni对燃烧行为、碳化物颗粒原位合成与分布、陶瓷/金属微连接及复合管力学性能的影响。研究发现,随着Ni添加量增多与(TiO2+Al+C)含量降低,反应体系的绝热燃烧温度与燃烧速率上升,Ni的添加与熔化促进反应中亚化学计量比的富Ti碳化物形成,同时也因液相传质促进该碳化物溶解于金属熔体中,并经结晶形成呈梯度分布于中间过渡合金层上的富Ti碳化物。经对复合管力学性能测试与SEM观察,发现添加适量的Ni粉,可以控制中间过渡合金层中碳化物的体积分数与分布,有利于内衬陶瓷层、中间过渡合金层与钢基体之间的连接,从而使复合管径向压溃强度与抗剪强度提高。

陶瓷复合钢管的研究和工业应用

工厂已能用SHS—离心法生产出高质量直径Φ800mm的陶瓷内衬钢管。研究发现,在SHS—重力法中,铝热反应主要受气相反应控制,并首次用此法生产出直径Φ273mm的陶瓷内衬整体弯管;全封闭粉料加工系统已工业应用;根据电化学原理,利用计算机系统实现了陶瓷衬层的快速无损探伤;利用反应余热熔化修补剂,在陶瓷表面形成与陶瓷层结合良好、光滑的修补层;在“九五”后期,陶瓷复合钢管在全国已形成上亿元的工业规模。

金属氟化物对SHS陶瓷内衬复合弯管的影响

采用重力分离ＳＨＳ技术结合旋转工艺制备了陶瓷内衬复合弯管，在添加ＳｉＯ２的基础上，重点研究了ＮａＦ添加剂对复合弯管合成过程及组织性能的影响。研究发现，ＮａＦ以Ｎａ３ＡｌＦ６冰晶石结构和Ｎａ２ＳｉＯ３单斜结构存在于陶瓷枝晶晶界上，并因“成分过冷”，使陶瓷枝晶细密；在铝热燃烧过程中ＮａＦ作为稀释剂存在，降低燃烧温度和蔓延速率；在陶瓷凝固过程中，ＮａＦ通过降低熔体结晶温度和熔体动力粘度而促使陶瓷致密。

氧化铝陶瓷内衬不锈钢复合钢管的组织与性能

用自蔓延铝热－重力分离法制备了氧化铝陶瓷内衬不锈钢复合钢管．测定了复合钢管的机械性能，并用金相显微镜、扫描电子显微镜、Ｘ射线衍射分析仪分析了复合钢管的组织结构．试验结果表明：外层钢管与内衬陶瓷间因形成ＦｅＯ·Ｃｒ２Ｏ３尖晶石相而产生反应润湿，陶瓷层由隐针状内层、柱状中间层和外层树枝晶组成．由于陶瓷与钢管结合模式的改变，复合钢管的压剪强度由普通碳钢复合管的１５．４ＭＰａ提高到不锈钢复合管的２６．５ＭＰａ．

重力分离SHS双衬陶瓷复合管耐蚀性研究

通过重力分离SHS技术制备双衬陶瓷复合管 ,发现复衬陶瓷层的尖晶石含量和组织形貌发生改变 ,双衬陶瓷层间存在着Al2 O3 基体和 (Al2 O3+FeO·Al2 O3)共晶组织的重熔区 ,引起底衬及复衬陶瓷裂纹密度下降。复合管的耐蚀性测试结果表明 ,双衬陶瓷复合管的腐蚀失重率分别不超过 1Cr18Ni9Ti不锈钢管 0 .5%和单衬陶瓷复合管 2 .0 %。

自蔓延高温合成陶瓷内衬复合铜管的研究

结合自蔓延高温合成与离心铸造技术 ,开发陶瓷内衬复合铜管技术。用铝热法在铜管内表面涂敷耐磨性和耐蚀性优良的陶瓷涂层 ,在铝热剂中加入SiO2 ,CrO3,陶瓷涂层的致密度提高 ,加入Na2 B4 O7,结合强度提高 ,加入ZrO2 ,断裂韧性提高。陶瓷内衬复合铜管应用于管坯结晶器 ,使用寿命提高 2 5～ 3

陶瓷内衬复合管金属/陶瓷SHS瞬间液相连接

基于重力分离SHS法制备陶瓷内衬复合管 ,采用CrO3 +TiO2 +C +Al+NiO燃烧体系合成出具有钢基体、中间过渡合金与内衬陶瓷三层结构的复合管 .内衬陶瓷中α -Al2 O3 以树枝晶沿径向向心分布 ,(Al2 O3+Ti2 O3 )共晶两相形成枝晶晶界且沿径向存在着成分偏析 .中间过渡合金是以Fe -Cr -Ni-Al -Ti为基且富Ti的碳化钛颗粒呈梯度分布而构成 ,与钢基体形成冶金熔合 ,并与内衬陶瓷通过碳化物的桥接作用及与因重力分离不完全而残留于陶瓷上的Cr -Ni -Ti合金相连接 ,实现金属 /陶瓷间SHS瞬间液相连接 (SHS -TLPB) .

重力分离SHS陶瓷内衬复合管界面现象

利用自蔓延高温合成 -重力分离法制备了陶瓷内衬 2 0碳钢、Cr2 5 Ni2 0耐热钢和 1Cr18Ni9Ti不锈钢高炉煤粉喷吹复合管。对其界面现象的研究表明 ,金属 /陶瓷间的结合主要表现为机械结合。其中 ,在不锈钢复合管中除有更强的机械锚固效应外 ,还兼以由 Ti元素扩散而形成的溶解和浸润结合迹象。各复合管经使用后 ,碳钢、耐热钢复合管界面仍表现为机械结合 ,而在不锈钢复合管中 ,钢基中 Ti元素和煤粉中 C元素在界面区富集 ,陶瓷 /金属间过渡区加宽 ,且陶瓷一侧组织中出现 Ti C新相 ,使其结合方式逐渐向扩散结合过渡 。

重力分离SHS内衬陶瓷涂层合成机理及添加剂行为

在采用SHS铝热 -重力分离技术制备陶瓷内衬复合管的基础上 ,研究了陶瓷涂层的合成机理及相应添加剂在合成过程中的行为 .研究得出 ,重力分离SHS合成过程经历燃烧合成、液相分离和陶瓷凝固三个基本过程 ,陶瓷层致密化贯穿于三个过程之中 ;SiO2 、CrO3 及NaF添加剂通过对三个过程的影响进而影响内衬陶瓷涂层与复合管的各项性能 .研究表明 ,在铝热剂为Al+Fe2 O3 +2 %SiO2 + 6%CrO3 + 1 %NaF条件下 ,内衬陶瓷涂层及复合管具有良好的综合性能 .

SHS离心机改进设计

介绍了 SHS离心机的工作原理、结构及性能 ,简述了在设计制造中的几个主要问题。介绍的 SHS离心机可方便地制备外径为 50～ 150 mm,长度为 10 0～ 2 0 0 0

低频机械振动对自蔓延陶瓷内衬复合管衬层性能影响研究

采用静态自蔓延法(static self-propagating high-temperature syntheses,简称Static SHS)制备出陶瓷内衬复合管,研究了10Hz机械振动对具有相同外径、不同内径复合管的自蔓延反应过程、陶瓷层组织结构、硬度和物相组成的影响。研究表明,施加机械振动可以使自蔓延过程较快的达到稳定燃烧状态,陶瓷层致密、均匀,与基体钢管的结合性能提高。随着内径的增大,施加10Hz机械振动SHS反应的陶瓷层硬度升高,陶瓷层中依次出现了柱状晶、碎片状的柱状晶、等轴晶。添加剂中的ZrSiO4在机械振动的作用下分解得更为彻底。

氧化铁成分对合成SHS复合弯管内衬陶瓷的影响

基于重力分离SHS法制备陶瓷内衬复合弯管 ,研究了氧化铁粉末化学组成对SHS复合弯管内衬陶瓷的影响。研究发现 :在加入相同质量分数铝热剂条件下 ,存在于工业原料Fe2 O3粉末中的杂质对燃烧过程的稀释效应比SiO2 添加剂更为强烈 ;在工业原料Fe2 O3+Al体系中加入适量的Fe3O4+Al体系 ,使燃烧温度、蔓延速率及SHS反应转化率均有所提高 ;但加入过量的Fe3O4+Al体系 ,虽可使蔓延速率进一步增大 ,却引起燃烧温度和SHS反应转化率有所下降。实验表明 ,在工业原料Fe2 O3+Al体系中加入 15%的Fe3O4+Al体系 ,可使复合弯管内衬陶瓷性能达到并超过用分析纯Fe2 O3+Al体系所制备的复合弯管内衬陶瓷性能。

纳米铝热体系制备陶瓷复合钢管组织及性能

采用纳米铝热体系制备了陶瓷复合钢管,研究了纳米铝热剂中添加4%Na2B4O7+2%、4%、6%、8%(质量分数)纳米SiO2对其组织性能的影响。XRD分析结果表明,陶瓷层主相为α-Al2O3和FeAl2O4,杂相为Al2SiO5和B2O3;金相显微镜和SEM观察表明,α-Al2O3枝晶较细,排布密集,FeAl2O4呈晶间分布;测试结果表明陶瓷致密度可达95%,压溃强度和压剪强度分别可达499 MPa、22.6 MPa。

钛粉对SHS陶瓷内衬复合管组织与性能的影响

在自蔓延离心法制备陶瓷内衬钢管过程中,用钛粉取代部分铝粉,研究了钛粉对燃烧过程、陶瓷层性能及组织的影响。利用XRD分析陶瓷层的相组成,利用SEM和EDS分析陶瓷层的微观组织。结果表明,加入钛粉后,反应的绝热燃烧温度不变,反应速度降低。当钛粉加入量为3.9%时,陶瓷层致密度最大,可达96.8%。加入钛粉后,复合钢管的压溃强度,压剪强度得到提高,陶瓷层硬度略有下降。陶瓷内衬层主要由α-Al_2O_3和少量的FeAl_2O_4,FeAlTiO_5组成,α-Al_2O_3晶粒为等轴晶。

重力分离自蔓延高温合成法制备陶瓷内衬复合弯管的热力学计算

通过热力学计算 ,发现存在临界料管比 x*;当实际料管比 x大于 x*时 ,弯管容易烧穿 ,小于 x*时 ,正常燃烧反应。然而 ,常用的增加弯管壁厚和添加稀释剂的方法都很难圆满解决大管径陶瓷内衬复合弯管制备时的烧穿问题。本文提出了一种在大管径弯管的芯部安装芯子的新制备方法 ,成功地解决了大管径陶瓷内衬复合弯管的制备问题。

SiO_2对重力分离-SHS法制备Al_2O_3/Fe复合管组织的影响

采用重力分离-自蔓延高温合成(Self-propagating High-temperature Synthesis,简称SHS)法制备了Al2O3/Fe陶瓷内衬复合管。分析了添加剂SiO2对复合陶瓷层的相组成、陶瓷层的表面质量以及对Al2O3/Fe过渡层的影响。XRD分析表明,陶瓷层主晶相为-Al2O3、FeAl2O4,加入SiO2后可形成Al2SiO5硅线石。SEM观察发现,SiO2的加入量过多会降低过渡层的质量,使过渡层变薄,结合形式由冶金结合变为机械结合。

用夹具式SHS离心机制备陶瓷内衬复合钢管

介绍了一种改进型夹具式SHS离心机的工作原理、组成结构及主要特点 ,并讨论了目前用自蔓延高温合成 (SHS)技术制备陶瓷内衬复合钢管存在的一些问题。实践证明 ,提出的改进型夹具式SHS离心机可方便快速地制备外径 4 5～ 10 0 0mm、长度 10 0～ 5 0 0 0mm的陶瓷内衬复合钢管 ,产品性能稳定且适于大规模工业化生产。

SHS陶瓷衬管技术的研究现状

自蔓延高温合成陶瓷复合铜管技术是20世纪90年代发展起来的高新技术。陶瓷内衬复合钢管具有良好的耐磨、耐蚀、耐热性能,可广泛应用于化工、冶金、矿山等许多工业部门。从设备、工艺、各种不同复合管研究的角度总结了近年来在这一技术领域的研究成果。

预涂覆工艺对SHS陶瓷内衬复合管界面的影响

由弱反应体系TiO_2+C+Al和Ni按不同比例配合,组成预涂覆剂,对钢管内表面进行预涂覆处理,然后采用主燃烧体系CrO3+TiO2+C+Al+NiO制备SHS陶瓷内衬复合钢管,研究预涂覆工艺对复合管合成和陶瓷/钢界面的影响。试验发现,不同的涂覆剂对燃烧特性、陶瓷层组织结构以及陶瓷孔隙度和硬度影响不大,但对陶瓷/钢界面影响显著。当预涂覆剂配比为TiO2+C+90%(质量分数)Ni时,燃烧合成的复合管陶瓷/钢界面结合良好,形成了以含富钛碳化物的CrNi合金过渡层,过渡层中富钛碳化物呈梯度分布。与未采用预涂覆工艺制备的复合管相比,梯度分布更明显,复合管内应力分布趋于合理,提高了金属/陶瓷结合的牢固程度,表征界面结合强度的抗剪强度值达到46.2MPa。

重力分离SHS双衬陶瓷复合管的显微组织与耐蚀性

通过重力分离SHS技术制备双衬陶瓷复合管 ,发现第二衬陶瓷层的尖晶石含量和组织形貌发生改变 ,双衬陶瓷层间存在着Al2 O3 基体和 (Al2 O3 +FeO·Al2 O3 )共晶组织的重熔区 ,引起两者的裂纹密度下降 .复合管的耐蚀性测试结果表明 ,双衬陶瓷复合管的腐蚀失重率分别低于1Cr1 8Ni9Ti不锈钢管和单衬陶瓷复合管 3个和 2个数量级 .