金属管道是流体输送的主要工具,它具有运输成本低、投资少、效率高、密闭性好和运输量大等优点,已广泛应用于国民经济的诸多领域。随着我国石化工业的发展,管道运输的优越性越来越被人们所认识,但由于其敷设环境、输送介质、设备老化、运行年限的增长等问题,管道腐蚀成为引起管道破坏和失效的主要因素。这不但给国民经济带来巨大的损失,同时也会给生产生活造成极大的困难,为了防止金属腐蚀带来的危害,有必要大力深入研究腐蚀的原理和应对措施。金属管道腐蚀是一个复杂的过程,受到多种因素的影响,其中电化学腐蚀是影响其使用寿命的最主要的表现形式。因此,研究金属管道的腐蚀与防护技术,减缓金属管道的腐蚀进程和穿孔损坏,成为管道运输工程中亟待解决的问题,这对保证工业生产的顺利进行和降低运输成本具有重要意义。在总结和回顾前人研究的基础上,本研究首先探讨了金属管道中的流动带电现象及其对金属壁面腐蚀进程的影响。从电的角度出发,基于双电层理论在静电领域的应用,流体流动在金属壁面聚集的电荷对电化学腐蚀反应的电极电势产生了极化作用,从而影响了金属管道的腐蚀进程。研究表明:随着流体流速的增加,在金属壁面产生和聚集的电荷量增加,但由于其界面双电层的形成机制不同及流体本身性质的差异,形成电荷的数量和极性及其变化趋势就有所差异。因此,提出了在金属管内安装电荷捕捉器来降低电荷的积聚,进而从根本上抑制了金属腐蚀。为了更有效更全面地解决金属腐蚀问题,本研究提出了一种在金属管内表面通过自蔓延高温合成制备陶瓷涂层的方法,此陶瓷内衬层将金属管壁和输送流体介质完全隔离开来,大幅度降低了腐蚀性流体介质对金属管壁的侵蚀。由于氧化铝具有高熔点、高硬度和质量轻等特点,采用Al-Fe2O3铝热体系燃烧合成Al2O3陶瓷内衬复合钢管成为国内外学者关注的热点。不同铝热体系的放热量不同,其对自蔓延高温合成反应速率有着重要影响。针对单一 Al-Fe2O3铝热体系的高放热和高速率反应会引起严重喷溅的特点,本研究引入了一种新的氧化剂来平稳SHS反应过程,进而利用Al-Fe2O3/Al-Cr2O3复合反应体系制备出质量和性能更加优良的Al2O3-Fe-Cr陶瓷内衬复合钢管。研究表明:随着Cr2O3添加量的增加,反应速率降低,制备的陶瓷涂层厚度和硬度增加,进而提高了复合钢管的耐磨性。复合反应体系生成的Fe-Cr合金相代替单一的金属相Fe弥散分布于Al2O3陶瓷枝晶间隙,降低了凝固过程中形成的缩孔,显著地提高了复合钢管的耐蚀性和致密性。此外,重力分离-SHS过程在金属管基体和陶瓷涂层中间形成了一层较薄的过渡金属层,这对缓冲复合钢管的残余应力和提高其结合强度具有重要的作用。当复合反应体系中w[Cr2O3]为14%时,可以获得具有综合优良性能的Al2O3-Fe-Cr陶瓷内衬复合钢管,即本实验中Al-Fe203/Al-Cr2O3的最佳摩尔比为8:2。孔隙度作为陶瓷内衬复合钢管的一项重要性能指标,它对复合钢管的耐磨耐蚀性、抗高温热震性和结合强度等性能有着至关重要的作用。为了提高重力分离-自蔓延高温合成法制备的陶瓷内衬复合钢管的致密性,本研究在具有最佳配比的复合反应体系中,引入了一种润湿剂-Na2B4O7来改善陶瓷和金属之间的润湿性。润湿剂的加入可以改善自蔓延反应产物相间以及相与管间的润湿性,增加了它们之间的接触面积,促进彼此之间的结合,增强黏结力和提高致密度,从而提高复合钢管的强度。通过在复合反应体系中添加Na2B4O7,改变了陶瓷涂层的相组成,除了生成陶瓷相Al2O3和金属合金相Fe-Cr之外,还有固溶体相（Al0.9Cr0.1）2O3。Na2B4O7对润湿性的改善使Al2O3和Fe/Cr的分离不完全,增加了陶瓷相中金属相Fe和Cr的百分含量,并形成了陶瓷涂层-金属过渡层-钢管基体的过渡结构。随着Na2B4O7的增加,中间过渡层的厚度减小,陶瓷层与过渡层之间的界线越来越模糊,这有助于提高复合钢管的韧性。此外,在复合反应系统Al-Fe203/Al-Cr2O3中,利用重力分离-SHS法制备的陶瓷涂层的均匀致密性先增加后下降,并在Na2B4O7添加的质量分数为14%时获得较致密的陶瓷涂层。在重力分离SHS法制得的陶瓷内衬复合钢管中,陶瓷涂层与金属管之间的结合性决定了复合钢管的结合强度和抗热震性能,从而对复合钢管的质量及使用寿命有着重大影响。在高速率的SHS反应过程中,反应过程难以控制,由此造成的陶瓷内衬的结构缺陷引起了研究学者的高度重视,本研究在具有最佳配比的复合反应体系中,引入了一种稀释剂SiO2来制约SHS反应速率,从而达到优化SHS反应过程的目的。通过在复合反应系统中添加SiO2,可以降低陶瓷相的熔点,生成低熔点相Al2O3·SiO2,提高液相熔体的流动性,延长液相分离时间,进而降低陶瓷涂层的孔隙率。SiO2的增加还降低了 SHS反应速率,使初晶相Al2O3的初始结晶温度和结晶终止温度降低,增加了参与共晶和包晶反应的液相量,从而加快了气体的逸出速率,促进了陶瓷涂层的致密化。此外,随着SiO2的添加,金属相可以以颗粒或长条状的形式均匀分布于Al2O3陶瓷相中,生成更均匀平滑的陶瓷涂层。本研究从不同的角度出发提出了抑制和降低金属钢管腐蚀的方法,为自蔓延合成陶瓷内衬复合钢管的应用提供了重要的理论依据和借鉴,有助于促进原位合成技术在金属腐蚀与防护领域的发展,这对延长管道的使用寿命有很重要的意义。