苛刻环境下材料表面防护技术的研究进展

近年来,材料表面防护技术已由普通环境下的材料保护技术向苛刻环境下的特种防护技术发展,主要包括高速、高温、高压、重载环境下的长寿命润滑与强化技术,严酷海洋大气、深海环境、辐射环境下的腐蚀与防护技术,以及面向重大装备的维修与再制造技术等。这些技术的发展促进了磁控溅射、多弧离子镀、冷喷涂、热喷涂、智能防腐涂层等多项新技术的发展,并在航空、航天、船舶、兵器、核电等多个重点行业中得到应用。文中对近年来苛刻环境下材料表面防护技术的发展现状和趋势进行了研究,以我国重大工程装备为出发点,重点对材料的腐蚀与防护、减摩与润滑、耐磨与强化以及维修与再制造4个领域技术的新成果、新观点、新方法和新技术进行了综述,为相关的研究工作提供技术参考。     

纳米结构对二硫化钼摩擦学性能的影响

目的探究二硫化钼结构以及尺寸对其宏观摩擦学性能以及滑移机制的影响。方法采用水热法制备了尺寸不同的二硫化钼微球花,并与购买的商业化块状二硫化钼以及单层二硫化钼进行对比,将四种二硫化钼粉末在乙醇中进行分散,采用喷涂的方式在硅基底上制备了四种二硫化钼涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对粉末和涂层的形貌、结构进行了表征,并对比研究了涂层的摩擦学性能,通过光学显微镜观察了对偶的形貌,利用SEM和TEM对摩擦界面的结构和形貌进行了研究。结果四种二硫化钼材料均为层状结构的纳米片或微片组成,摩擦系数平稳且均小于0.05。块状二硫化钼寿命最短,摩擦界面覆盖了较少的润滑膜;单层二硫化钼摩擦系数平稳,且寿命最长,摩擦界面由大量纳米片组成,摩擦过程主要是单纯的物理剥离;二硫化钼微球花的寿命介于二者之间,微球花在摩擦力的作用下很容易发生剥离,在摩擦过程中起润滑作用的是剥离的二硫化钼纳米片,摩擦界面覆盖了较厚的致密润滑膜。二硫化钼微球花摩擦后,层间距由0.62 nm增至0.7 nm,层间距的增大有利于良好的润滑。结论尺寸对二硫化钼的滑移机制有影响,从而显著影响其耐磨寿命,层数和尺寸的减小有利于耐磨寿命的提升。     

呼图壁背斜水基钻井液井壁失稳机理多场耦合分析

呼图壁背斜钻井过程中面临高温高压、井壁坍塌、钻井液漏失等复杂问题。为了制定稳定井壁的技术对策,降低事故风险,通过室内实验与理论分析对中深部复杂泥岩地层的组构特征、力学特性和地应力状态进行了研究,建立了“力学-化学-渗流”多场耦合的井壁坍塌压力计算模型,明确了呼图壁背斜构造中深部泥岩地层在水基钻井液作用下的井壁失稳机理。研究结果表明,古近系安集海河组至紫泥泉子组易坍塌泥岩伊蒙混层中蒙脱石含量占35%以上,中等膨胀、高分散（清水膨胀率和回收率均低于10%）,强度具有各向异性;白垩系呼图壁河组至清水河组泥岩膨胀性减弱,硬脆性增强。呼图壁背斜受强构造应力作用,水平最大主应力当量密度接近2.50 g/cm3,高于上覆岩层压力。利用多场耦合方法分析可知,钻井液沿裂隙的渗流作用、泥岩地层与钻井液接触后的水化作用以及钻井液对井壁的有效力学支撑不足是造成井壁失稳的主要原因。考虑多场耦合模型计算得出的坍塌压力比仅考虑力学因素高0.05～0.25 g/cm3。在钻井过程中需保持钻井液对裂缝性地层的封堵性能和对易水化泥岩地层的抑制性能,在保证有效封堵的基础上提高钻井液密度,使其略高于多场耦合模型计算得出的坍塌...     

三氯化铝/盐酸三甲胺离子液体中电沉积制备Al-Ni合金镀层

目的研究离子液体中Ni~(2+)浓度对Al-Ni合金镀层结构和成分的影响,同时考察电流密度对镀层表面形貌和织构的影响。方法采用脉冲电流法,在含有不同浓度氯化镍的无水三氯化铝/盐酸三甲胺离子液体中,于不同电流密度下电沉积制备Al-Ni合金镀层。利用扫描电子显微镜、X射线衍射技术和能谱分析仪探究离子液体中Ni~(2+)的浓度对Al-Ni合金镀层结构和成分的影响,考察电流密度对镀层表面形貌和织构的影响。结果随着离子液体中Ni~(2+)浓度的增加,镀层中镍的含量增多,表面胞状颗粒逐渐变小,表面趋于均匀,当Ni~(2+)的浓度为0.2 mol/L时,形成铝镍金属间化合物。另外,随着电流密度的增加,镀层表面形貌由针状晶体变为棒状颗粒,并且颗粒逐渐增大。结论离子液体中Ni~(2+)的浓度和电流密度对Al-Ni合金镀层表面形貌、结构和成分有一定的影响。当溶液中Ni~(2+)的浓度为0.2 mol/L、电流密度为6 m A/cm~2时,电沉积4 h可制备得到厚度为10μm、由3μm大小晶粒组成、含有铝镍金属间化合物的合金镀层。     

镁锂合金腐蚀行为及干法镀膜防护工艺研究

目的利用PVD磁控溅射技术,在样品上沉积纯铝膜,以提高镁锂合金的耐腐蚀性能。方法采用动态极化曲线、交流阻抗方法研究镁锂合金在去离子水和3.5%Na Cl溶液两种介质中的电化学行为,并利用感应耦合等离子体发射光谱仪技术和荧光金相显微镜,分别测定合金的成分,分析微观组织结构。采用扫描电子显微镜和EDS能谱仪分析镁锂合金纯铝膜的组织形貌与结构成分。此外,采用电化学技术测试纯铝膜的保护行为。结果在3.5%Na Cl溶液中,镁锂合金的腐蚀电流密度比去离子水介质中的高约两个数量级,且腐蚀电位较负;交流阻抗结果显示,比去离子水中的阻抗模值低一个数量级,说明镁锂合金抗Cl?侵蚀的能力较差。通过磁控溅射技术,获得了厚度为4μm致密的纯铝膜。镀铝后,镁锂合金的腐蚀电流密度降低了约一个数量级,腐蚀电位正移,耐蚀性提高。结论致密的纯铝膜在3.5%Na Cl溶液介质中容易发生钝化,阻碍Cl?的扩散,进而提高了镁锂合金耐Cl?侵蚀性。     

316L不锈钢表面电镀Pd-Ni合金膜在模拟维纶醛化液中的耐蚀性能

维纶生产中的醛化液主要含硫酸、硫酸钠和甲醛,不锈钢在高温醛化液中腐蚀速率很高。通过电镀法在316L不锈钢表面生成了Pd质量分数约为60%的Pd-Ni合金膜层,镀层均匀致密,厚度约2μm,硬度达到540 HV,与基体结合力良好。在80℃的模拟醛化液中,316L不锈钢表面电镀Pd-Ni合金膜后腐蚀速率降低了3个数量级。极化曲线测试表明,电镀Pd-Ni镀层有效促进了不锈钢基体的钝化,316L不锈钢在模拟醛化液中的自腐蚀电位从-0.3 V提高到+0.2 V,低频阻抗值提高了三个数量级。当模拟维纶醛化液中的氯离子质量分数在200μg/g以下时,镀层仍然能够保持良好的耐蚀性;随着氯离子质量分数的提高,试样的自腐蚀电位逐渐负移,腐蚀速率增大。该方法可以改善不锈钢设备在高温醛化液中的耐蚀性。     

基于自适应集合经验模态分解算法的局部放电信号降噪研究

高压开关柜被广泛应用在电网体系中,保障其运行安全稳定尤为重要.本文针对目前在分析高压开关柜局部放电过程中存在窄带干扰及其他噪声干扰等问题,提出一种新的降噪算法——自适应集合经验模态分解(AEEMD),其核心思想为在原始信号中加入白噪声后只分解一阶模式,然后将噪声不断加到剩余信号中进行循环处理.该方法简化了去噪过程,并减...     

页岩诱导性裂缝漏失压力动力学模型

现有的诱导裂缝漏失压力模型只能判断裂缝是否开裂,无法分析裂缝开裂后裂缝宽度变化对漏失压力的影响。为此,首先建立了诱导裂缝在有效内压下裂缝宽度变化的计算方法 ;然后结合井底流体稳态扩散方程,在考虑漏失速度系数、裂缝宽度、流体黏度、井眼半径等影响因素的基础上,建立了流体在裂隙中稳态扩散的漏失压力动力学模型;最后以四川盆地焦石坝页岩气田的岩石力学性质及现场监测漏失速度为参数,计算了漏失压力的动态变化情况。结果表明:(1)井筒液柱压力与地层压力作用下的正压差是引发诱导性裂缝漏失的主要原因,现场施工中见漏就堵人为造成裂缝扩大的方法不可取;(2)诱导性裂缝漏失压力随时间改变而发生动态变化,裂缝宽度和漏失速度随漏失压力增加而增大;(3)存在着发生严重漏失的裂缝宽度临界值,漏失压差保持不变时,裂缝宽度与漏失速度呈幂指数变化关系。结论认为,现场应用效果证明了该模型的可行性,对于页岩诱导裂缝漏失可以采用控制漏失压力的方式来减小裂缝宽度,进而达到控制漏失的效果。     

地下室加腋板定型化加固技术研究

随着高层商业住宅越来越普遍，对地下室的功能要求也日益增加，通常采用加腋板（梁）结构形式来满足地下室空间大、框柱间距大所需的结构承载力，在加腋区域的施工过程中质量安全管控成为施工重要任务，需要一种定型加固的方式来改善加腋区域因具有一定的倾斜角度的情况下传统模板支设困难、精准度不够高且材料浪费，无法周转使用的问题。本研究以广州新塘东洲项目A地块为例，此工程中加腋板（梁）施工是该项目建设过程中的重点。项目针对以上内容进行了相关的科技研发与创新，旨在探索总结此类工程施工与管理经验，以期为今后同类工程提供可靠的技术支持。     

后浇带三角立柱独立支撑体系技术研究

以广州市万致房地产有限公司新塘东洲项目A地块后浇带三角立柱为研究对象，分析钢管立柱、48 mm×2.75 mm水平杆等组件的应用。钢管立柱下部选用2.1 m高60.3 mm×2.5 mm钢管，上部为2.7 m高48 mm×3.0 mm钢管；由于地下室后浇带多为沉降后浇带，封闭时间较晚，为提高盘扣式支撑架材料周转效率，对后施工区域后浇带位置模板支撑体系进行优化，采取设置三角立柱独立支撑代替盘扣式支撑架体系，以确保后浇带两侧悬挑部位不发生开裂。