国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

ZrO2對離心SHS陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管組織及性能的影響

2015-05-30 15:39:37黃鋒問朋朋何彥虎
關(guān)鍵詞:添加劑

黃鋒 問朋朋 何彥虎

摘 要: 針對Al-Fe2O3鋁熱體系,采用離心自蔓延高溫合成法制備出陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管。在SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%,Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的條件下,研究了不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的ZrO2添加劑對復(fù)合管組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的影響。XRD分析表明,陶瓷層的主要成分為α-Al2O3、還有少量Al2SiO5,F(xiàn)eAl2O4,ZrO2存在。SEM觀察發(fā)現(xiàn)陶瓷層與過渡層結(jié)合良好。利用電子萬能力學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)測試了復(fù)合鋼管的壓潰強(qiáng)度,結(jié)果表明,加入8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))ZrO2的復(fù)合鋼管的壓潰強(qiáng)度達(dá)到353MPa,比未加入添加劑的試樣提高了22.6%。測試結(jié)果表明陶瓷層致密度可達(dá)94.4%。

關(guān)鍵詞: 自蔓延高溫合成; 復(fù)合鋼管; 組織性能; 添加劑

中圖分類號: TQ 174.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號: 1671-2153(2015)04-0079-04

0 引 言

隨著科技生產(chǎn)和工業(yè)的迅速發(fā)展,在冶金、礦山、電廠等領(lǐng)域常用的稀土耐磨管、鑄石管等管道材料,由于存在耐磨性低、成本高等缺點(diǎn),已經(jīng)不能滿足工業(yè)應(yīng)用。20世紀(jì)70年代,誕生了自蔓延高溫合成技術(shù)(Self-propagating High-temperature Synthesis, SHS),科研工作者利用SHS技術(shù)的固有特點(diǎn),將其與離心鑄造技術(shù)相結(jié)合,開發(fā)出陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管[1-4]。近年來,為了提高復(fù)合鋼管的使用壽命,推動復(fù)合鋼管的市場化進(jìn)程,研究者通過優(yōu)化制備工藝、施加添加劑等方法對此進(jìn)行了深入研究,并取得了較好的成果,其中有關(guān)添加劑的研究一直是熱點(diǎn)。研究表明,選取SiO2為添加劑,可以降低陶瓷層孔隙度;選取Ni粉為添加劑,可以提高復(fù)合鋼管壓潰強(qiáng)度;選取ZrO2為添加劑,可以增強(qiáng)陶瓷層的斷裂韌性[5-7]。為此,本研究選取SiO2,Ni和ZrO2為添加劑,研究其對復(fù)合鋼管性能的影響,以期提高復(fù)合管的綜合性能。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料

實(shí)驗(yàn)所用基材為市售型材20號無縫鋼管,尺寸規(guī)格為Φ70 mm×8 mm×160 mm,實(shí)驗(yàn)所用粉末均為市售分析純試劑,詳細(xì)信息如表1所示。

為了彌補(bǔ)自蔓延反應(yīng)中鋁的損失,鋁熱劑中氧化鐵和鋁的質(zhì)量比為2.9∶1[8],反應(yīng)物料配方如表2所示。

1.2 步驟

(1)鋼管的準(zhǔn)備

將鋼管切割至實(shí)驗(yàn)所需規(guī)格,機(jī)械除銹待用。

(2)反應(yīng)物料的準(zhǔn)備

將反應(yīng)物料按表2進(jìn)行配比,編號后分別裝入行星球磨機(jī)中混料,將混合均勻的反應(yīng)物料放入140 ℃干燥箱中干燥14 h后取出。

(3)填料

將干燥好的反應(yīng)物料分別裝入對應(yīng)編號的鋼管中壓實(shí),鋼管兩端安置擋圈并旋上端蓋(反應(yīng)時高溫熔體容易流出,安置擋圈及端蓋可以提高實(shí)驗(yàn)安全性)。

(4)點(diǎn)火

依次將裝滿反應(yīng)物料的不同鋼管安置到自蔓延離心設(shè)備上,啟動離心設(shè)備,待轉(zhuǎn)速上升到反應(yīng)所需速度時(1600 r/min),在鋼管一端采用氧炔焰點(diǎn)火,引發(fā)自蔓延反應(yīng)。

1.3 測試方法

待鋼管在室溫下自然冷卻后,陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管生成。利用阿基米德原理測試陶瓷層孔隙度。使用CCS-44300型電子萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測試陶瓷復(fù)合鋼管陶瓷層的壓潰強(qiáng)度,測試速度為5 mm/min,詳細(xì)測試方法見文獻(xiàn)[1]。研磨壓潰實(shí)驗(yàn)后收集的陶瓷粉末,制成試樣后,采用日本Rigaku D/MAX 3C型X射線衍射儀進(jìn)行XRD分析,使用Cu Kα輻射,管壓為40 kV,管電流為100 mA,采用θ~2θ步進(jìn)掃描方式,步長為0.02°(2θ),掃描速度為6°/min。將復(fù)合鋼管沿徑向和軸向切割成小塊,利用日立S-3400N II型掃描電子顯微鏡觀察復(fù)合鋼管微觀結(jié)構(gòu)。利用Horiba公司的EX-250型能譜分析儀對陶瓷層局部區(qū)域進(jìn)行能譜分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合鋼管的結(jié)構(gòu)

圖1為復(fù)合鋼管宏觀圖。圖1(a)中可以看出,陶瓷內(nèi)襯層與鋼管基體結(jié)合良好,無明顯的間隙,且陶瓷層厚度均勻、表面光滑、無明顯裂紋;從圖1(b)中可以看出,制備出的復(fù)合鋼管過渡層厚度約為2 mm,緊貼過渡層生成了厚度約為4 mm的陶瓷層。

圖2為配方No.5制備的陶瓷復(fù)合鋼管試樣的SEM微觀結(jié)構(gòu)。圖2中,深灰色為陶瓷層,淺灰色為過渡層。由圖2可以看出,陶瓷層與過渡層結(jié)合良好,兩者具有較好的潤濕性。

2.2 陶瓷層的物相構(gòu)成

圖3為配方No.2制備的陶瓷復(fù)合鋼管試樣的陶瓷層X射線衍射結(jié)果。由圖3可以看出,陶瓷層的基體相為α-Al2O3,還有少量的硅線石Al2SiO5,鐵鋁尖晶石FeAl2O4及ZrO2存在。表3為陶瓷層局部區(qū)域的EDS分析結(jié)果。結(jié)合XRD分析可知,ZrO2的加入并未改變陶瓷層原有的物相結(jié)構(gòu),Al2O3為主要的反應(yīng)產(chǎn)物。

2.3 復(fù)合鋼管力學(xué)性能

壓潰強(qiáng)度可綜合反應(yīng)陶瓷層的性能,包括陶瓷層的致密度、過渡層的狀態(tài)等。圖4為壓潰強(qiáng)度隨ZrO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同變化的曲線。由圖4可以看出,當(dāng)ZrO2添加量大于2%時,復(fù)合鋼管的壓潰強(qiáng)度呈上升趨勢;當(dāng)其添加量達(dá)到8%時,復(fù)合鋼管壓潰強(qiáng)度達(dá)到極大值353 MPa。這主要是因?yàn)閆rO2熔點(diǎn)(2680℃)高于Al2O3的熔點(diǎn)(2050℃),在反應(yīng)過程中沒能完全熔化,以顆粒的形式彌散在陶瓷層中,形成了ZrO2+Al2O3陶瓷,與XRD和EDS分析相符,這樣的組合有利于提高復(fù)合鋼管的壓潰強(qiáng)度。當(dāng)ZrO2添加量為2%時,由于添加量過少,對復(fù)合鋼管力學(xué)性能起到主要影響的是添加劑SiO2。另一方面,在反應(yīng)體系的冷卻過程中,ZrO2四方相轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡毕嘤捎谛孪嗑Ш诵纬衫щy,轉(zhuǎn)變溫度有滯后現(xiàn)象,且在此過程中晶型轉(zhuǎn)變是位移性轉(zhuǎn)變,并伴隨3%~5%的體積效應(yīng),從而在一定程度上阻礙了裂紋的擴(kuò)展,有利于復(fù)合鋼管壓潰強(qiáng)度的提高。當(dāng)ZrO2添加量小于8%時,由于自蔓延反應(yīng)速度過快,添加劑的含量還不足以發(fā)生上述晶格切邊及體積效應(yīng),另外,隨著ZrO2添加量的增加,在一定程度上抑制了硅線石Al2SiO5的生成,從而降低了復(fù)合鋼管的壓潰強(qiáng)度。

2.4 陶瓷層致密度

復(fù)合鋼管陶瓷層孔隙率在一定程度上影響著陶瓷層的壓潰強(qiáng)度及耐腐蝕性能。圖5為陶瓷層致密度隨ZrO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同變化的曲線。由圖5可以看出,加入添加劑的試樣致密度均比單一鋁熱劑試樣的致密度要高,陶瓷層致密度呈總體上升趨勢,這主要是因?yàn)殡S著ZrO2添加量的增加,冷卻過程中彌散在Al2O3基體中的ZrO2顆粒越來越多,這在一定程度上填補(bǔ)了氣孔和間隙;當(dāng)為ZrO2添加量8%時,致密度達(dá)到極大值94.4%,這與復(fù)合鋼管壓潰強(qiáng)度達(dá)到極大值時ZrO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)正好相符。由于自蔓延反應(yīng)速率較快,而且ZrO2單斜相←→四方相之間的轉(zhuǎn)變在1170 ℃時快速進(jìn)行,并伴有顯著體積變化,加熱時收縮,冷卻時膨脹,兩種晶型可反復(fù)瞬時轉(zhuǎn)變,利用多晶轉(zhuǎn)變現(xiàn)象容易產(chǎn)生裂紋,這可能是使陶瓷層致密度在ZrO2添加量為6%時下降的原因。

3 結(jié) 論

(1) 在鋁熱劑中添加SiO2,Ni,ZrO2制備出的陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管由陶瓷層、過渡層及鋼管層組成,且陶瓷層厚度均勻、表面光滑、無明顯裂紋。

(2) 添加SiO2,Ni,ZrO2制備的復(fù)合鋼管的陶瓷層主要由α-Al2O3和少量的硅線石Al2SiO5、鐵鋁尖晶石FeAl2O4及ZrO2組成。

(3) 當(dāng)ZrO2添加量為8%時,陶瓷層致密度達(dá)到極大值94.4%。添加8%ZrO2+4%的SiO2+1%Ni的復(fù)合鋼管的壓潰強(qiáng)度達(dá)到353 MPa,比未添加任何添加劑的試樣提高了22.6%。

參考文獻(xiàn):

[1] MOORE J J,F(xiàn)ENG H J. Combustion synthesis of advanced materials:part Ⅰ:reaction parameters[J]. Progress in Materials Science,1995,39:243-273.

[2] 殷聲,郭志猛,林濤,等. 陶瓷復(fù)合鋼管的研究和工業(yè)應(yīng)用[J]. 材料導(dǎo)報,2000,14(12):44-46.

[3] 來永斌,陳多剛. 陶瓷鋼鐵復(fù)合管在鍋爐中的應(yīng)用[J]. 鑄造技術(shù),2004,25(12):899-900.

[4] 趙天林. 陶瓷鋼鐵復(fù)合管及其在金屬礦山中的應(yīng)用[J]. 金屬礦山,1997(6):38-39.

[5] 李冬黎,何湘寧. SiO2對陶瓷復(fù)合鋼管孔隙度和力學(xué)性能的影響[J]. 機(jī)械工程材料,2001,25(3):32-34.

[6] 張龍,趙忠民,曹金榮,等. 金屬添加劑對SHS陶瓷內(nèi)襯復(fù)合管微觀結(jié)構(gòu)與界面連接的影響[J].粉末冶金技術(shù),2005,23(4):248-253.

[7] 徐佰明,蘇振國,安健,等. 添加劑對離心自蔓延高溫合成陶瓷層組織結(jié)構(gòu)與性能的影響[J]. 材料保護(hù),2011,44(1):55-57.

[8] 朱昱,孫書剛,倪紅軍,等. SHS陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管組織和性能的研究[J]. 熱加工工藝,2010,39(16):84-86.

(責(zé)任編輯:徐興華)

猜你喜歡
添加劑
贏創(chuàng)擴(kuò)大在華涂料添加劑產(chǎn)能
上海涂料(2021年5期)2022-01-15 06:09:48
Seeking UNESCO's recognition for the baguette
天然食品添加劑相關(guān)技術(shù)探討
預(yù)防和控制食品添加劑對食品安全的影響
不同聚合物及添加劑對高黏改性瀝青性能的影響
石油瀝青(2021年1期)2021-04-13 01:30:58
地理復(fù)習(xí)課的“添加劑”
孫寶國:躲不開的食品添加劑
幾種可能致癌的食品添加劑安全性探討
食品添加劑有多可怕?
不同添加劑在蘋果綿蚜防治技術(shù)中的應(yīng)用探討
西藏科技(2015年6期)2015-09-26 12:12:15
涿鹿县| 获嘉县| 达拉特旗| 疏勒县| 台南市| 泾阳县| 饶阳县| 垫江县| 丹东市| 阳江市| 抚顺市| 连城县| 南丰县| 平顺县| 东宁县| 横峰县| 西华县| 潜江市| 景德镇市| 松阳县| 北流市| 江都市| 昭苏县| 廉江市| 定襄县| 遵义县| 东明县| 靖州| 简阳市| 冕宁县| 新郑市| 宜兰市| 白山市| 凤翔县| 兴化市| 永新县| 两当县| 新和县| 宣威市| 沙洋县| 安义县|