环氧胶粘涂层气固冲蚀磨损的研究

利用自制气固冲蚀磨损试验装置，对改性胺固化的增韧环氧胶粘涂层进行了气固冲蚀磨损试验研究。     

高铬铸铁的冲蚀磨损性能研究

利用自制射流式气固冲蚀磨损实验机研究了耐磨材料高铬铸铁的冲蚀磨损性能。对该材料的组织和冲蚀磨损后的形貌采用扫描电镜(SEM)进行表征。分析了冲蚀角、冲蚀时间和冲蚀石英砂粒径对其冲蚀磨损性能的影响,研究了该高铬铸铁的冲蚀磨损机理。结果表明:60°冲击角作用下,冲蚀磨损最严重。随着冲蚀磨损时间的延长,冲蚀粒径的增大,高铬铸铁的磨损均加剧。     

液固两相介质流中Cu-Cr-Zr合金的冲蚀磨损行为

利用MCF-30冲蚀磨损实验机,对固溶态及随后经过不同形变热处理的Cu-Cr-Zr合金进行液固两相流冲蚀磨损实验,并运用扫描电镜对其微观形貌进行观察与分析。结果表明：在两种不同介质冲蚀磨损实验中,固溶态合金冲蚀磨损质量损失最大,且随形变时效后加工变形程度的增大,冲蚀磨损质量损失呈先逐渐下降然后上升的变化趋势;添加少量石英砂（10 g/L）后,合金冲蚀磨损质量损失约增加19%-35%;铜合金线材二次加工变形率在50%-80%之间时,具有良好的抗冲蚀磨损性能。     

SiC-改性环氧树脂耐磨涂料的液-固两相流冲蚀磨损行为

以改性环氧树脂为基体,以SiC微粉为增强相,制备了SiC-改性环氧树脂耐磨涂料.对试样进行液-固两相流冲蚀磨损研究的结果显示该耐磨涂料的具有好的抗冲蚀磨损性能,其抗冲蚀磨损能力与90Al2O3陶瓷相近;结合试样冲蚀磨损后表面的显微结构(SEM)分析研究说明SiC-改性环氧树脂耐磨涂料冲蚀磨损机理以显微切削为主;SiC微细颗粒能够改变裂纹扩展方向,消耗裂纹扩展能量,对耐磨涂料抗液固两相流冲蚀磨损的能力将起到重要的颗粒增强的作用.     

流线型孔板流量计液固两相流冲蚀磨损数值模拟

目的探究在管输液固两相流体时,固体颗粒对孔板流量计造成的冲蚀磨损。方法运用基于欧拉-拉格朗日算法的DPM模型,对液固两相流体计量工艺中孔板流量计的冲蚀问题进行数值仿真,预测孔板流量计在液固两相流体流量计量工艺中易发生冲蚀磨损的区域。探究入口液相速度、固体颗粒粒径以及等数量颗粒冲击壁面时,固体颗粒粒径对孔板最大冲蚀速率的影响,并对比管输液固两相流体时,固体颗粒粒径对不同形状的孔板造成的冲蚀磨损速率大小。结果在孔板流量计的突缩管段易产生严重的液固冲蚀失效,最大冲蚀速率随着液相入口速度的增大而增加。当固体颗粒的质量流量相等时,最大冲蚀速率随着颗粒粒径的增加而减小;当单位时间内流经孔板的固体颗粒数量相等时,冲蚀磨损速率随着固体颗粒粒径的增加而增大。在液固两相流管道体系中,固体颗粒对凸型孔板造成的冲蚀磨损行为最弱。结论大颗粒对孔板的冲蚀磨损比较严重,在孔板计量过程中应严格注意。在流体中存在大量大颗粒时,采用凸型孔板流量计能有效改善冲蚀磨损情况。     

抗冲蚀磨损涂层制备技术及机理的研究进展

在油气开采作业过程中,高压流动介质中固体颗粒对结构件的冲蚀磨损而引起综合表面性能下降,造成了基材损坏,严重影响了关键设备的使用寿命。冲蚀最先被破坏损伤的是材料表面,表面沉积涂层处理技术是改善特定应用中裸漏零部件特性的有效方法。提高表面涂层性能是设备抗冲蚀常用的手段,正越来越多地用于石油和天然气行业中。根据材料本身的物理特性,文中从塑性材料和脆性材料的分类评述了其各自冲蚀机理,综述了利用热喷涂技术、激光熔覆技术、电镀技术及气相沉积等技术制备抗冲蚀磨损涂层的研究现状和进展,介绍了这些技术在制备涂层过程和使用的主要仪器设备。提出了应用多种工艺技术交叉来制备抗冲蚀磨损涂层的方法和以后研究的重点。并对涂层抗冲蚀磨损领域未来的研究方向进行了展望,为固液或气固等多相流动介质的高压石油装备抗冲蚀设计提供参考。     

耐冲蚀磨损胶粘涂层的研究

利用自制气固冲蚀磨损试验装置，研究了粘料和固化剂的种类、增韧剂的种类和加入量，棕刚玉填料的粒度和加入量对耐磨涂层冲蚀率的影响，成功地研制出一种新型耐磨涂层。在不同攻角下对该涂层与１６Ｍｎ钢进行了对比试验。     

液/固两相流冲蚀磨损机理及材料应用现状

冲蚀磨损存在的工况多,材料失效和工业工程破坏严重.通过分析液/固双相流过流部件的材料应用及发展现状,冲蚀磨损机理研究现状等,对指导该工况下材料设计、性能研究,特别是新型抗冲蚀磨损材料的应用等至关重要.     

Si_3N_4-SiC复相耐磨材料的冲蚀磨损性能

以Si粉和SiC为原料,采用半干法冷等静压成型,通过反应烧结成功制备了Si_3N_4-SiC复相耐磨材料.并将其和95Al_2O_3耐磨陶瓷在以水和SiC混合颗粒为冲蚀介质实验条件下,进行液固两相流冲蚀磨损对比实验.结果表明:原料中Si粉加入量为40%～80%(质量分数)试样的耐冲蚀磨损性能优于95Al_2O_3耐磨陶瓷.原料中Si粉加入量为70%试样的耐固液两相流冲蚀磨损性能最好,在平均线速度分别为132和67 m/min的实验条件下的冲蚀率分别仅为0.87%和0.30%.此外,通过SEM观察了冲蚀后试样的显微形貌,探讨了其耐液固两相流冲蚀磨损的机理.     

冲蚀波纹的形成机理及研究进展

冲蚀波纹是指在冲蚀磨损条件下,靶材表面形成的一种冲蚀形貌。通常冲蚀波纹是在液固或气固两相流的工作条件下,机械部件表面经过一段时间的冲蚀后在原来光滑平整的材料表面出现的类似波纹或鱼鳞坑状的磨损形貌。本文综述了冲蚀波纹产生、理论及实验研究发展现状,分析了表面形貌对近壁流场的影响,对波纹形貌在减小冲蚀磨损方面的作用进行了展望。     

不同磨粒对ZTA结构陶瓷冲蚀磨损性能的影响

针对液/固双相流冲蚀磨损工况,选用不同硬度的SiO2、Al2O3、SiC冲蚀磨粒,对ZTA(ZrO2增韧Al2O3)结构陶瓷和Cr15Mo3高铬铸铁进行了冲蚀磨损性能对比试验,并对试验材料磨损机理和微观失效表面形貌进行了分析和讨论.结果表明:对于同一种硬度的冲蚀磨粒,冲蚀磨损过程中Cr15Mo3高铬铸铁材料的冲蚀磨损多,ZTA陶瓷的冲蚀磨损少;冲蚀磨损过程中浆料固体颗粒硬度越高,试验材料的磨损越多,同时ZTA陶瓷抗冲蚀磨损性能越明显,对应于不同硬度的SiO2、Al2O3、SiC冲蚀磨粒,ZTA陶瓷抗冲蚀磨损性能分别为Cr15Mo3高铬铸铁的5.8、7.0和8.2倍;冲蚀磨损过程中Cr15Mo3材料失效有明显的方向性和腐蚀痕迹,材料的磨损以微切削、梨沟、冲蚀坑为主,"W"型失效形貌明显,材料组织中高硬度的碳化物有保护基体的作用,随着磨粒硬度的增加,材料表面切削、梨沟、冲蚀坑失效程度增加,ZTA陶瓷材料在冲蚀磨损后无明显的冲蚀方向性,材料磨损是晶界粘结相磨失、晶粒裸露为主,细小颗粒ZrO2的存在及增韧作用使陶瓷相中气孔数量少,并减少因疲劳裂纹扩展引起的材料破坏.     

耐高温合金冲蚀磨损性能的改进研究

采用中频感应熔炼技术制得了均匀、致密的耐高温冲蚀合金材料,并对其进行相应的热处理。运用扫描电子显微镜、X射线衍射仪等现代分析手段研究材料的微观结构,并进行硬度、高温磨损等性能测试。试验结果表明：耐热钢中加入适量稀土元素可以提高其抗氧化性能、硬度,细化了晶粒,进而改善材料的抗磨损性能;改进后的抗高温冲蚀材料的铸态组织为奥氏体＋少量铁素体＋一次碳化物;固溶态组织中,枝晶组织明显减轻,晶界原析出相呈断续链状,一次碳化物发生部分溶解;固溶＋时效后的组织为奥氏体＋少量铁素体＋一次碳化物＋二次碳化物。高温冲蚀磨损试验表明,材料的冲蚀磨损行为表现为塑性冲蚀磨损。9#材料抗高温冲蚀性能最理想。     

压裂球座结构优化分析及耐冲蚀研究

目的 提升水平井分段压裂中投球滑套球座的抗冲蚀磨损性能.方法 基于流体力学、冲蚀理论,采用Fluent软件建立压裂球座固-液两相流冲蚀模型,对球座冲蚀磨损进行研究,分析不同角度下双锥面结构对球座冲蚀磨损的影响.在此基础上,开展球座冲蚀试验,研究3种不同表面材料对球座冲蚀的影响.结果 数值模拟显示,球座的冲蚀磨损主要发生在前端锥面上,最大冲蚀速率发生在锥面与密封面交接处.其原因是,锥段直径逐渐减小,导致固相颗粒在过流断面上的速度和浓度增加,动能增大,使得在斜面导流作用下对锥面的撞击与切削次数增多,冲击力增强,造成壁面材料损失.冲蚀试验结果显示,在3种不同表面材料球座的冲蚀中,双涂层(有机涂层+碳化钨涂层)球座的耐冲蚀能力优于碳化钨涂层和硬质合金球座.结论 设计双锥面结构球座时,合理地选择锥面角度能够有效提升球座的耐冲蚀性能,否则会导致球座的抗冲蚀性能下降.对球座进行表面喷涂强化处理时,较单一涂层而言,选择双涂层的抗冲蚀能力更好.     

高压隔膜泵单向阀阀隙流场的冲蚀磨损特性分析

目的 探究高压隔膜泵单向阀阀隙流场冲蚀磨损产生的原因及主要影响因素。方法 基于固液两相流基本理论和冲蚀模型,考虑颗粒保护效应及磨蚀效应,采用计算流体力学(CFD)方法模拟单向阀阀隙流场的冲蚀磨损行为,探究矿粉颗粒体积分数、颗粒粒径、单向阀半锥角、胶垫突出高度等参数对单向阀冲蚀磨损特性的影响。结果 矿粉颗粒紧贴阀芯壁面的剪切运动是造成阀芯发生冲蚀磨损失效的主要原因。当矿粉的体积分数由0.1增大到0.5时,由冲蚀造成的最大冲蚀磨损速率随之减小,由磨蚀造成的平均冲蚀磨损速率随之增大。当矿粉粒径为0.025~0.048 mm时,随着矿粉粒径的增大,平均冲蚀磨损速率随之增大。当矿粉粒径超过0.048 mm时,平均冲蚀磨损速率逐渐减小。当单向阀半锥角由30°增大到45°时,阀隙流场的最大流速由12.23 m/s减小至9.19 m/s,矿粉颗粒对阀芯壁面的最大冲蚀磨损速率减小了41.16%。阀隙流场的最大流速和冲蚀磨损速率随着胶垫突出高度h的增大而增大,同时位置也发生了相应变化。结论 矿粉颗粒体积分数的增加会加重粒子对阀芯壁面的损伤程度,随着粒径的增加,泵阀的最大冲蚀磨损速率先增大后减小,增大半锥角可以缓解颗粒对壁面的冲蚀磨损,增大胶垫突出高度会导致冲蚀磨损区域逐渐向胶垫突出位置集中。     

90°弯管冲蚀磨损仿真分析

在石油行业中,冲蚀磨损已成为输送管道损坏的一个重要原因。针对石油输送管道中90°弯管内壁冲蚀严重的问题,采用CFD数值模拟的方法对液固两相流弯管冲蚀进行研究,并对数值分析模拟结果采用最小二乘法进行非线性拟合,获得了颗粒直径、颗粒质量流率、流体速度、流体粘度、管道直径、管道弯径比等因素对90°弯管冲蚀磨损的影响规律,同时提出了一个包含多因素耦合的冲蚀磨损预测模型。研究表明,随着流体速度和颗粒质量流率的增大,冲蚀磨损呈幂指函数增加;随着管道直径、管道弯径比、流体粘度和颗粒直径的增大,冲蚀磨损呈幂指函数减小;提出的冲蚀预测模型计算结果与实验结果相比误差为27.9%和26.5%。     

离子渗氮对2Cr13不锈钢磨损及冲蚀行为的影响

对2Crl3不锈钢在530℃进行了5h离子渗氮;采用自行设计的旋转冲蚀磨损装置研究了经离子渗氮的2Crl3不锈钢在液-固两相介质中的冲蚀行为;通过球-盘磨损试验研究了离子渗氮对2Crl3钢耐磨性能的影响;测定了试样表面的显微硬度和冲蚀失重,并用扫描电镜观察分析了冲蚀和磨损后试样表面的形貌。结果表明,离子渗氮可显著提高2Crl3不锈钢的表面硬度和耐磨性,但由于氮化铬在渗氮层中的析出,损耗了铬,从而显著降低钢的耐冲蚀性能。     

结构陶瓷的力学行为与耐冲蚀磨损性能的关系

采用旋转转盘式液/固双相流冲蚀磨损试验机,研究Cr15Mo3高铬铸铁和α-Al2O3、ZTA、Si3N4 3种结构陶瓷材料的抗冲蚀磨损性能,分析了试验材料冲蚀磨损微观失效行为.结果表明Si3N4、ZTA、α-Al2O3陶瓷材料的抗冲蚀磨损性能分别为Cr15Mo3的21.2倍,7.0倍和5.2倍;陶瓷材料的冲蚀磨损率与材料韧性的4次方成反比,与材料强度也成反比,陶瓷材料韧性和强度是影响其抗冲蚀磨损性能的重要因素,硬度不是主要因素.冲蚀磨损后,微观上Cr15Mo3整体材料去除多,冲蚀、腐蚀坑明显,失效形貌呈"W"型;Al2O3、ZTA材料主要是晶界粘结相失去多,晶粒裸露,但晶粒无破碎和裂纹产生,失效形貌呈"U"型,Si3N4材料晶界粘结相失去少,冲蚀磨损表面光滑.     

高速电弧喷涂FeCrAl涂层和3Cr13涂层的冲刷腐蚀性能

采用液/固两相流冲刷腐蚀磨损实验机.研究了高速电弧喷涂FeCrAl涂层和3Cr13涂层在酸性浆料中不同试验条件下的冲蚀行为,并用扫描电镜分析了涂层冲蚀磨损后的表面形貌.结果表明:同一冲刷角度下,冲刷速度的提高加剧了涂层的损伤,FeCrAl涂层的冲蚀失重率远小于3cr13涂层,耐蚀性好的FeCrAl涂层以磨损为主,而耐蚀性差的3Cr-13涂层以腐蚀为主;同一冲刷速度下,两涂层均在冲蚀角为30°时失重率最高.低冲刷角度时,冲刷磨损机理以切削为主;高冲刷角度时,既有切削作用也有冲击作用.     

煤炭地下气化生产井井口装置冲蚀规律研究

目的 研究煤炭地下气化生产井口装置采气过程中,携带煤灰、煤渣的粗煤气对井口装置采气流场区域冲蚀磨损的影响规律及主要影响因素。方法 基于气–固两相流理论,采用离散相模型(DPM)描述离散固相颗粒的运动学和运动轨迹,采用雷诺–平均–纳维–斯托克斯(RANS)方程计算连续相的流体动力学特性,通过数值分析得到主要冲蚀磨损位置,以及固体颗粒粒径、颗粒质量流量、粗煤气流速的变化对采气流场区域冲蚀率的影响,并通过实验进行验证。结果 主要冲蚀磨损区域在小四通和侧阀Ⅰ的内部壁面。固体颗粒粒径为20～200μm,小四通内壁面处,颗粒粒径为40μm时最大冲蚀率最大,为8.7×10^–7 kg/(m²·s),是粒径为180μm时的11.9倍。固体颗粒质量流量为2.5×10^–4～12.5×10^–4 kg/s,小四通内壁面处,在质量流量为12.5×10^–4 kg/s时,最大冲蚀率最大,为7.3×10^–7 kg/(m²·s),是质量流量为2.5×10^{–4 ...}     

新型高温冲蚀磨损试验方法研究

介绍了一种新型高温冲蚀磨损测试装置及方法,研究了冲蚀距离、冲蚀温度、冲蚀速度、冲蚀角度等因素对涂层冲蚀磨损测试结果的影响.结果表明,所研制的新型高温冲蚀磨损测试装置结构简单、操作方便、运行稳定、所测试的数据重现性好,利用该装置可以评价不同冲蚀温度、冲蚀速度和冲蚀角度条件下涂层的耐冲蚀磨损性能.