● 摘要
超重力场中的铝热反应合成是将超重力与铝热反应合成技术相结合，在钢管内壁涂敷内衬涂层制备复合管的一种新工艺。为了在无缝钢管内表面制备TiC-FeNiCr复合材料内衬涂层，本文首先用热力学基本原理对复杂的热力学可能发生的反应过程进行了分析，计算了铝热剂成分对平衡产物和绝热温度的影响。依据计算结果，设计了TiC-FeNiCr复合材料内衬涂层的铝热剂成分，并制备了TiC-FeNiCr涂层。用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪（EDX）和透射电子显微镜(TEM)观察涂层的显微组织形貌、分析物相组成。并模拟材料的使用环境，测试不同时效温度下涂层的组织结构稳定性。最后，研究了涂层抗渗碳性能、抗电化学腐蚀性能，并与CrNi1Mo钢进行了对比。铝热剂反应的热力学分析及计算表明，复杂铝热剂（Fe2O3，Cr2O3，CrO3，NiO，Al，Ti、C）燃烧后产物由Al2O3、α-FeNiCr、TiC、Cr2O3、γ-FeNiCr等相组成；随着铝含量的增加，平衡产物中生成NiAl金属间化合物增加，TiC基本不受影响，γ-FeNiCr量趋向减少，α-FeNiCr量趋向于增多；随着铝热剂中铝含量的增加，绝热温度先上升，在质量分数24.8％时达到最大值3910K后又降低。对制备的TiC-FeNiCr复合材料涂层组织分析表明：该涂层由TiC、NiAl、α-FeNiCr三相组成，晶粒细小，合金基体由α-FeNiCr和NiAl两相组成，其中NiAl相尺寸约为100nm。经过固溶时效，物相组成不变，TiC形态和尺寸稳定，α-FeNiCr基体中NiAl相的尺寸约为400nm。对时效后的试样分析表明：时效后NiAl和α-FeNiCr仍保持共格关系。实验结果表明，与CrNi1Mo钢比较，TiC-FeNiCr涂层材料具有优异的抗渗碳性能和抗电化学腐蚀性能。