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耐磨陶瓷管力学性能好坏怎么判断?

时间:2020-02-05 16:41:42 点击:

衡量复合耐磨陶瓷管力学性能好坏的主要指标有陶瓷层的显微硬度、复合钢管的压剪强度和压溃强度。室温下陶瓷硬度取决于其弹性模量,而弹性模量取决于各相(包括气相)的结构与体积分数;钢基体、中间过渡合金层与内衬陶瓷三者间界面结合状况决定着抗剪强度性能的高低;中间过渡合金层中陶瓷相的体积分数、尺寸、分布及对金属基体的粘结性是影响复合管径向压溃强度的主要因素。

由此可知,耐磨陶瓷管陶瓷相含量及致密度是陶瓷层显微硬度提高的保证;抗压强度综合反映耐磨陶瓷管陶瓷层性能,包括陶瓷层的相结构、致密度、强度和过渡层的状态等:抗剪强度是陶瓷层和基体结合强度的直接表现,也是衡量过渡层质量的标尺。因此,增大陶瓷层的致密度,提高钢基体与内衬层的界面结合强度是提高复合管力学性能的出发点。

目前,提高陶瓷层致密度主要从施加添加剂、优化合成工艺和改变保温冷却方式等方面入手。实验发现向铝热体系中添加适量SiO2、CrO3和Y2O3等,可使反应体系放热量增加,升高反应温度,涂覆冷却后基体钢管与铁层之间的压迫作用加强,因此可提高复合钢管与铁层之间的压迫作用加强,因此可提高复合钢管的剪切强度,但对其压溃强度的影响不明显。

添加MnO2改变了耐磨陶瓷管陶瓷层外表面Al2O3、晶体的结晶形态,使陶瓷层变得更加致密,促进了抗压溃强度的提高。随MnO2加入量的增加,对晶格活化作用持续增强,陶瓷层和基体之间的相互渗透作用增强,深入基体中的网状结构逐渐向基体纵深渗透,可增强锚固效果,增加了抗剪强度;当MnO2添加量为4%对,抗压溃强度和抗剪强度分别提高了18.2%和12.3%,达到了416MPa和19.2MPa。

向铝热体系中加入TiO2、Na2B4O7和石墨后,结合界面形成了Ti、Fe元素的梯度分布,而B-离子在Al2O3熔体表面富集,也改善了界面结合处Al2O3陶瓷熔体与铁合金过渡层之间的浸润性,提高了陶瓷/金属界面的结合强度,使复合耐磨陶瓷管其有良好的力学性能。

离心SHS工艺中离心力的大小对耐磨陶瓷管陶瓷层的厚度、表而硬度、抗剪强度和压溃强度均有影响离心力增大,陶瓷层的厚度减小,硬度、抗剪强度、抗压溃强度均有不同程度的提高。但离心力过大则会影响过渡层与陶瓷层的结合强度。因此,离心力的大小应根据具体的反应情况而定。

重力SHS工艺中施加机械振动并相应提高振频可有效促进铝热燃烧过程,提高燃烧温度、燃烧速率及反映在转化率。因此,可促进Al2O3-Fe复相熔体液相重力分离和陶瓷致密过程,控制陶瓷内衬复合耐磨陶瓷管的组织性能和质量。如施以振幅5mm、振频5Hz的机械振动,可使复合管的陶瓷层硬度提高14.5%,抗压溃强度提高11.1%,抗压剪强度提高24.2%。

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