D0I:10.13374/j.issn1001053x.2000.05.016 第22卷第5期 北京科技大学学报 Vol.22 No.5 2000年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2000 陶瓷内衬钢管陶瓷层的裂纹修补及 表面质量改善 郭志猛王俊华单玉友 般声 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要研究了在SHS离心法制备陶瓷内村钢管时，利用自蔓延反应余热熔化改性剂修补陶 瓷层中的裂纹，通过对裂纹修补前后陶瓷层的缺陷研究表明：裂纹修补后，陶瓷内村钢管陶瓷 层内的缺陷得到很好修复，已无穿透性裂纹或通孔：同时改善了陶瓷内村钢管陶瓷层的表面质 量，得到与陶瓷层结合良好、表面光滑的内表面。 关键词SHS-离心法；改性剂；裂纹；陶瓷内村钢管 分类号TB304;TB39文献标识码：A SHS-离心法是近十几年发展起来的制造陶 进行，调速范围为500~3000r/min.反应物料为 瓷内衬钢管的新技术.虽然该技术已日臻 工业FezO,和Al粉，按化学配比混合均匀后装 成熟，并实现工业应用，特别是在耐磨方面用途 入钢管内，带有试料的钢管装夹在离心机上，旋 越来越广：但其陶瓷层中的裂纹尤其是穿透 转到一定转速后用钨丝通电点燃反应物料，发 性裂纹（即裂纹延伸到铁层）影响钢管的耐蚀性 生铝热还原反应，在离心力作用下，密度较小的 能，以至在很多耐蚀场合下不能应用或缩短 氧化铝分布在钢管内壁，密度较大的铁处于钢 使用寿命，因此避免陶瓷裂纹的产生并改善表 和陶瓷层之间，形成陶瓷复合钢管 面质量一直是陶瓷复合钢管研制中的一个重要 12陶瓷内村钢管陶瓷层的裂纹修补及表面质量 问题.由于SHS-离心法的工艺特点有些缺陷是 改善 难以消除的，同时用本方法制备的陶瓷内衬钢 在制备陶瓷内衬钢管的后期，钢管仍处于 管表面质量较为粗糙以至影响到管道运输效 红热状态时加入改性剂，利用铝热还原反应余 率，因此有必要研究一种实施方便的裂纹修补 热熔化该粉料，熔体在毛细管力的驱动下渗入 工艺以提高现有产品的质量，扩大其在耐蚀方 钢管陶瓷层的穿透性裂纹和通孔中并在陶瓷层 面的应用，而目前现有产品修整工艺如激光、等 表面上形成具有一定厚度的改性层， 离子、电子束表面处理或堆焊、粉末喷涂工艺都 1.3陶瓷层的分析 不适合本产品的修整. 用一定压力使陶瓷内衬钢管的陶瓷层与钢 本工作是直接利用SHS工艺制备陶瓷内村 层相分离，取出陶瓷层并进行喷碳处理，采用扫 钢管时的反应余热熔化改性剂，借助液体与固 描电镜和能谱仪分析. 体之间的毛细现象使熔体渗入复合钢管陶瓷层 1.4改性剂耐腐蚀性能的检测 中的裂纹和通孔中，并在其表面形成与陶瓷层 参照标准HG/T3210-86测量改性剂样品的 结合好的改性层， 耐蚀性能. 1实验方法 2结果与分析 1.1陶瓷内衬钢管的制备 实验发现，陶瓷层中存在2类裂纹：张裂纹 陶瓷内衬钢管的制备在小型自制离心机上 和压裂纹，张裂纹主要是在冷却过程中陶瓷层 2000-01-10收稿郭志猛男，40岁，研究员，博士 的热应力造成的，压裂纹主要是在冷却时钢管 *国家“863”计划资助项目No.715-009-0130) 对陶瓷的压缩造成的.陶瓷层刚凝固时，钢管第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 ’ 陶瓷 内衬钢管陶瓷层 的裂纹修补及 表面质量改善 郭志猛 王俊华 单玉友 殷 声 北京科技大学材料科学与工程学院 ， 北京 摘 要 研 究 了在 一 离心法 制 备 陶 瓷 内衬钢 管 时 ， 利用 自蔓 延 反应 余热熔化 改性剂 修补 陶 瓷层 中 的裂纹 通过对 裂纹 修补 前 后 陶 瓷层 的缺 陷研 究表 明 裂纹修补 后 ， 陶 瓷 内衬钢 管 陶 瓷 层 内的缺 陷得到很好修复 ， 己无 穿透性裂纹或通 孔 同时改善 了陶瓷 内衬钢 管 陶瓷层 的表面 质 量 ， 得到 与 陶瓷层 结合 良好 、 表面 光滑 的 内表面 关键 词 离心 法 改性 剂 裂纹 陶 瓷 内衬钢 管 分 类号 文献标 识码 一离心 法是近十几年 发展起来 的制造陶 瓷 内衬 钢 管 的 新 技 术 〔切 虽 然 该 技 术 已 日臻 成 熟 ， 并 实现工业应用 ， 特 别 是 在耐磨 方面用 途 越来 越 广 但 其 陶 瓷 层 中 的 裂 纹 尤 其 是 穿 透 性 裂 纹 即裂纹延伸 到铁层 影 响钢 管 的耐蚀性 能 〔，’ ， 以至 在 很 多 耐 蚀场 合 下 不 能应 用 或 缩 短 使用 寿命 ， 因 此避 免 陶 瓷 裂 纹 的产 生 并 改善表 面质量 一直是 陶瓷 复合钢 管研制 中的一 个重要 问题 由于 一 离心 法 的工 艺特 点有些缺 陷是 难 以消 除 的 ， 同 时 用 本 方法 制 备 的 陶瓷 内衬钢 管 表 面 质 量 较 为 粗 糙 以 至 影 响 到 管 道 运 输 效 率 因 此 有 必 要 研 究一 种 实施方 便 的裂 纹 修补 工 艺 以提 高 现有产 品 的质量 ， 扩 大其 在 耐 蚀方 面 的应 用 而 目前现有 产 品修整 工 艺 如 激光 、 等 离子 、 电子 束表 面 处理或堆焊 、 粉末 喷 涂工 艺 都 不 适合 本产 品 的修整〔 本工 作是 直 接利用 工 艺 制备 陶瓷 内衬 钢 管 时 的反应 余热 熔化 改 性剂 ， 借助 液体与 固 体之 间 的毛 细 现象 使熔体渗入 复合钢 管 陶瓷 层 中 的裂纹和 通孔 中 ， 并 在其表面 形 成 与 陶瓷 层 结 合 好 的改 性层 进 行 ， 调 速 范 围为 一 反 应物料 为 工 业 。 和 粉 ， 按化 学配 比混合均匀 后 装 入钢 管 内 ， 带有试料 的钢 管装 夹 在离心 机上 ， 旋 转 到 一 定 转 速后 用 钨 丝 通 电点燃 反应物 料 ， 发 生 铝 热 还 原反 应 ， 在 离心力 作 用 下 ， 密 度较小 的 氧 化 铝 分 布 在钢 管 内壁 ， 密 度较 大 的铁处于 钢 和 陶瓷 层 之 间 ， 形 成 陶瓷 复 合钢 管 陶瓷内衬钢 管陶瓷层 的裂纹修补及表面质量 改善 在制 备 陶瓷 内衬钢 管 的后 期 ， 钢 管仍处 于 红 热 状 态 时 加 入 改 性 剂 ， 利 用 铝 热 还 原 反 应余 热 熔化 该粉料 ， 熔 体在 毛 细 管 力 的 驱动 下 渗 入 钢 管 陶瓷 层 的 穿透性裂纹和 通孔 中并在 陶瓷层 表 面 上 形 成 具 有 一 定 厚 度 的 改 性 层 陶瓷层 的分析 用 一 定压 力使陶瓷 内衬钢 管 的陶 瓷层 与钢 层 相 分 离 ， 取 出陶瓷层 并进行喷碳处理 ， 采用扫 描 电镜 和 能谱仪分析 改性剂 耐腐蚀性能的检测 参 照 标 准 汀 一 测 量 改性剂 样 品 的 耐蚀性 能 实验方法 陶瓷内衬钢管的制备 陶瓷 内衬钢 管的制备在 小 型 自制离心机上 一 一 收稿 郭志 猛 男 ， 岁 ， 研究员 ， 博士 国家 ，’ 计划 资助项 目困 一 一 结果 与分析 实验 发现 ， 陶 瓷层 中存在 类裂纹 张裂 纹 和 压 裂纹 张裂纹主 要 是在冷却 过 程 中陶瓷层 的热应 力造成 的 压裂纹 主 要 是在冷却 时钢 管 对 陶瓷 的压 缩造成 的 陶瓷 层 刚凝 固时 ， 钢 管 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2000．05．016