碳化硅陶瓷基复合材料表面环境障涂层结合强度

SiC陶瓷基复合材料(SiC-based ceramic matrix composites,SiC-CMC)是发展高推重比航空发动机理想的高温结构材料。为了防止发动机服役环境下燃气(富含H2O和O_(2))对SiC-CMC的腐蚀,需要在其表面制备抗水氧腐蚀、抗燃气冲刷和抗热冲击性能优异的环境障涂层(environmental barrier coatings,EBCs)。在评价EBCs性能的诸多因素中,其与SiC-CMC基体之间的结合强度是一个重要技术指标,但结合强度的极限值一直未被探究清楚。本工作研究影响结合强度的主要因素,包含SiC-CMC基体状态、单晶Si的拉伸强度极限,以及Si黏结层的制备工艺等,获得了制备最高结合强度的有效途径。在EBCs与SiC-CMC组成的体系中,基体内部SiC纤维布之间的界面是结合强度最薄弱的部位,其次是EBCs的Si层。整个体系的结合强度极限值是15 MPa,它是单晶Si在[400]晶向的拉伸强度极限。采用大气等离子喷涂或者超音速火焰喷涂的Si黏结层结合强度相似,均低于同样工艺制备的莫来石或Yb2Si2O7涂层。

等离子喷涂铜-石墨复合涂层结构与干摩擦磨损性能研究

以粒度为50～70μm的铜包石墨(Graphite-65%Cu质量分数,下同)复合粉体为原料,采用大气等离子喷涂设备在316不锈钢基体上制备了铜-石墨复合涂层。运用场发射、能谱、X射线衍射等手段对涂层显微结构进行了表征,并利用UMT球-盘式摩擦磨损试验机探讨了室温大气环境下铜-石墨复合涂层的摩擦学性能。结果表明,Graphite-65%Cu复合涂层结构致密,与不锈钢基材结合牢固;石墨在涂层中分布均匀;物相组成主要为C,Cu和Cu2O三相;摩擦副间石墨转移膜的形成是涂层低摩擦系数的主要原因。不同载荷和速率条件下所得涂层摩擦系数在0.03～0.15间。粘着磨损是主要磨损机制。

乙醇水溶液脉动热管传热特性研究

以体积分数为50%的乙醇水溶液为工质,在充液率为50%的情况下,对多环路脉动热管的传热特性进行试验与机理研究,并与无水乙醇的传热效果进行对比。结果表明,采用乙醇水溶液的热管热阻明显低于无水乙醇脉动热管的热阻,并且加热功率的极限值较高。当倾角为90°时,采用乙醇水溶液的热阻值最低约0.1℃/W,传热极限约为300 W。采用无水乙醇作为脉动工质,倾角为60°时的热阻为采用酒精水溶液的1.34～1.49倍,倾角为30°时的热阻为1.28～1.50倍。

机械加工表面强化管管外全凝与部分凝结换热实验

以强化传热为目的,对两种机械加工表面强化管——强化管Ⅰ和强化管Ⅱ进行研究.在全凝工况下对该强化传热管与光管进行对比实验,研究表面特殊结构对强化传热的影响,并在部分凝结工况下对强化管的换热情况进行实验和分析.结果表明:强化管能明显提高冷凝传热效果.在测定的雷诺数范围内,以水蒸气为冷凝介质,强化管Ⅰ和强化管Ⅱ的管外凝结传热系数分别约为光管的2.89倍和1.75倍,总传热系数分别约为光管的1.89倍和1.33倍;酒精作为冷凝介质,管径19,mm时部分凝结传热系数分别是全凝工况冷凝传热系数的2.1～3.0倍和1.5～2.0倍,管径25,mm时分别是全凝工况的2.0～3.0倍和1.8～2.5倍.

TiO_2—蒸馏水纳米流体在内螺纹铜管内表面传热试验研究

为研究TiO2—蒸馏水纳米流体在内螺纹管内的表面传热特性,自行设计并建立一套纳米流体表面传热试验系统和数据采集系统,试验系统核心部分分别采用铜光管和内螺纹铜管,将基液和TiO2—蒸馏水纳米流体分别应用于铜光管和内螺纹铜管内Re为3 000～8 000范围内进行表面传热试验研究,结果表明,在内螺纹铜管内,TiO2—蒸馏水纳米流体表面传热系数都是随着流速的增加而不断提高,随着纳米颗粒质量分数的不断增加,TiO2—蒸馏水纳米流体表面传热效果越来越差,而且弱于基液的表面传热效果,纳米颗粒质量分数不变的情况下,纳米流体表面传热效果随着流体平均温度的提高而加强。通过对纳米流体在不同圆管内试验结果进行对比,发现TiO2—蒸馏水纳米流体在内螺纹管内表面传热效果相对于光管内表面传热效果的强化程度低于基液的强化程度,TiO2—蒸馏水纳米流体不适用于内螺纹强化换热管。

大庆海拉尔油田钻井提速难点与对策

大庆海拉尔油田地层倾角大、断层多、研磨性强、可钻性差,存在钻井速度低、防斜打快矛盾突出、钻井周期长等问题,严重影响了海拉尔油田勘探开发进程。为了提高海拉尔油田钻井速度,缩短钻井周期,针对海拉尔地区的地质特征,开展了提速配套技术攻关。通过统计海拉尔油田已钻井资料和分析地层的特殊地质特征,找出了影响该油田钻井速度提高的主要因素,在井身结构优化设计、优选钻头、强化钻进参数、采用复合钻井技术、应用垂直钻井工具等方面进行了深入分析和研究,制定了合理的技术措施,并进行了现场试验,钻井速度提高26%以上,钻井周期缩短23%以上。这表明海拉尔油田钻井提速配套工艺技术对于该油田的高效开发具有重要意义,但还需加强高效钻头和高性能动力钻具的研制与引进,以及钻井新技术的应用,以进一步提高钻井速度。

智能完井技术及应用前景分析

智能完井技术作为一项新型的完井技术,正在得到人们越来越多的关注。本文介绍了智能完井技术的发展状况以及智能完井技术的优越性。针对大庆油田的开发特点分析了智能完井技术应用的前景,同时提出了发展智能完井技术的建议。

Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜厚度对结构和性能的影响

采用电弧离子镀技术在TC4钛合金表面制备不同厚度的Cr-CrN-Cr-CrAlN多层膜,研究了多层膜厚度对其结构及性能的影响。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、划痕仪、应力测试仪、砂粒冲蚀试验仪和拉伸试验机检测分析了多层膜的表面及截面形貌、微观结构、硬度、结合力、残余应力、抗砂粒冲蚀性能和拉伸性能等。结果表明:随着多层膜厚度的增加,膜层表面颗粒增多,表面质量略有下降,择优取向由(200)晶面逐渐向(111)晶面转变;随着厚度的增加,残余应力逐渐增加,膜层硬度、膜基结合力、裂纹扩展抗力先上升后下降,在厚度为10.58μm时达到最佳,其硬度为3404Hv、结合力为58.6N、裂纹扩展抗力为758.49,抗砂粒冲蚀性能提高3倍以上;TC4钛合金表面镀多层膜后,屈服强度和抗拉强度均略有提升,但断后伸长率降低,当膜层厚度为14.50μm时,断后伸长率较基材降低30%,断裂机制由韧性断裂转变为脆性断裂。在一定范围内增加膜层厚度有利于提升性能,但需合理控制其厚度以减小对钛合金基材的负面影响。

铜铝聚苯酯涂层的制备及高温耐磨性能研究

采用团聚复合工艺制备铜铝聚苯酯复合粉末,采用大气等离子喷涂工艺制备铜铝聚苯酯涂层,并对涂层开展了600℃下长达1000 h的等温氧化试验,表征了涂层的相结构、微观组织、孔隙率、高温硬度及摩擦磨损性能。结果表明,喷涂态涂层中聚苯酯及孔隙分布均匀;涂层的相组成主要是α相和β’相,涂层表现出优异的抗氧化性能;孔隙率越高,硬度越低。磨损2 min基本达到稳定磨损阶段,氧化5 h~100 h涂层的摩擦系数在0.8~1.1,体积磨损率在0.00116~0.00199 mm^(3)·N^(-1)·m^(-1);氧化500 h和1000 h涂层的摩擦系数分别为1.0和0.7,体积磨损率分别为8.42×10^(-4)mm^(3)·N^(-1)·m^(-1)和7.78×10^(-4)mm^(3)·N^(-1)·m^(-1),长时间氧化形成的氧化膜起到了减磨润滑作用。氧化5~100 h涂层的磨损机制是磨粒磨损和疲劳磨损;氧化500 h、1000 h涂层的磨损机制是磨粒磨损、氧化磨损和疲劳磨损。

三羟甲基乙烷在不同溶剂中溶解度的测定与关联

三羟甲基乙烷是一种重要的化工中间体，其固液相平衡数据是其分离提纯的基础。采用静态平衡法测定了288．15～318．15K三羟甲基乙烷在甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇和二氧六环中的溶解度。结果表明，三羟甲基乙烷在五种溶剂中的溶解度均随温度的升高而增大，在甲醇中的溶解度最大、二氧六环中最小。采用Apelblat方程和拍方程对溶解度数据进行关联，结果表明实验中的二元体系的关联结果都较好的与实验值相吻合，为其合成及纯化工艺中溶剂的选择提供基础数据。

TC4钛合金薄壁圆管纵缝TIG焊接模拟与分析

针对钛合金TC4薄壁圆管TIG焊接变形问题,采用SYSWELD焊接模拟软件和双椭球体热源模型,建立了TIG焊接有限元分析模型,对钛合金TC4薄壁圆管纵缝TIG焊接过程进行了模拟仿真。通过激光三维扫描对焊接试件变形情况进行测量,并对焊后温度场以及焊接变形进行了分析。研究表明,焊接变形模拟结果与试验结果规律较吻合,验证了有限元模型的有效性。

铜铝聚苯酯涂层性能研究

采用大气等离子喷涂技术制备了铜铝聚苯酯(CuAl/PHB)涂层,对涂层进行了组织、硬度、结合强度、高温抗氧化、抗热震、高温硬度以及微动磨损和可磨耗性能测试和分析研究。结果表明,CuAl/PHB涂层孔隙和聚苯酯占比为17.5%,硬度平均值90.4 HR15Y,结合强度≥25.4 MPa,在620℃下涂层具备良好的高温抗氧化性能,700℃下水淬抗热震性能达到135次,在450℃~700℃温度范围内涂层高温硬度由HR15Y 76.6降低到66.8。在高载荷100 N、高频率100 Hz,高温700℃条件下的微动磨损结果表明,涂层在620℃下摩擦系数小于0.5,具有良好且稳定的耐微动磨损特性;涂层在400℃~600℃模拟工况条件下具有良好的可磨耗性,叶片进给磨损比IDR值小于14.02%,且随温度增加可磨耗性提高;制备的铜铝聚苯酯涂层可实现耐微动磨损和可磨耗的良好结合。

冷喷涂气体加热器的优化研究

传统冷喷涂气体加热器升温时间长、最高加热温度不足,为了进一步提高加热效率、降低喷涂耗气成本,对现有冷喷涂气体加热器进行升级改进,将两个加热器串联使加热器长度延长至6 m,获得了一种新型的高温气体加热器。采用该加热器开展Cu、Al、Ni、Ti典型材料的冷喷涂实验,研究了加热器对载气温度的加热效果和对冷喷涂层性能的影响。实验结果表明:新设计的高温加热器可提高气体最高加热温度,并实现快速升温;同时,新型加热器可实现冷喷涂Cu、Al和Ni材料沉积效率90%以上,并获得更高致密度的Ti涂层;在SUS304基体及Al基体分别喷涂Al和Ni涂层,涂层与基体的结合强度超过55 MPa。该新型气体加热器为冷喷涂工业化应用提供了设备基础。

冷喷涂工艺参数对CoNiCrAlY涂层沉积影响

采用数值模拟和试验研究相结合的方法,研究了冷喷涂工艺参数对CoNiCrAlY涂层微观结构和力学性能的影响。运用Ansys CFD软件建立了冷喷涂CoNiCrAlY高速射流场三维模型,系统研究喷涂气体种类、温度、压力及粉末粒径分布对粉末粒子温度和速度变化的影响规律。采用高压冷喷涂系统,在镍基高温合金GH625基体上沉积CoNiCrAlY涂层,利用光学显微镜观察CoNiCrAlY涂层的微观结构,并且利用ImageJ软件检测涂层的孔隙率,随后通过硬度计及拉伸试验检测涂层的显微硬度和结合强度。结果表明:随着气体温度升高粉末在喷枪出口处的温度及速度也升高,随着喷涂气体压力的升高粉末在喷枪出口处的速度增大,但是对气体压力的变化对粉末温度影响较小;在氮气气氛和1000℃条件下获得的冷喷涂CoNiCrAlY涂层的孔隙率为1.9%左右、结合强度约为57 MPa,在氦气气氛和700℃条件下制备的CoNiCrAlY涂层的孔隙率约为0.4%左右、结合强度超过70 MPa;经真空热处理后涂层的孔隙率与热处理前的相比,其孔隙率稍有降低;喷涂态CoNiCrAlY涂层的维氏显微硬度约为550 HV0.3,热处理后CoNiCrAlY涂层的维氏显微硬度约为350 HV0.3,明显低于热处理前的显微硬度。

单晶高温合金NiCoCrAlYTa涂层高温氧化行为研究

飞机发动机及燃气轮机的发展要求更高的燃气进口温度,从而获得更高的推重比或功率输出,抗氧化MCrAlY涂层在其中发挥至关重要的作用。本文采用含有Ta元素的Amdry997粉末进行超音速火焰喷涂,研究涂层的高温氧化行为,并重点关注Al和Ta元素在涂层内不同相中的分布,及其对涂层与基体元素互扩散行为的影响。研究表明,Ta元素对提高γ'-Ni3(Al,Ta)相稳定性起到重要作用。

Ta含量对MCrAlY抗氧化性的影响

β相影响着MCrAlY涂层的抗氧化性,改善涂层中β相含量可以通过添加特定元素实现。Ta被认为是可以用来改善涂层抗氧化性的重要元素之一。本研究模拟考察了不同Ta含量对MCrAlY涂层相组分的影响,并在此基础上,开展了1000℃恒温氧化实验。研究结果表明,随着Ta含量的增加,涂层的贫铝区厚度减小,剩余的β含量增加,其分布也更靠近涂层表面;但较高的Ta含量加剧了Ta元素在涂层中的偏析。综合考虑,3%Ta含量的MCrAlY涂层抗氧化性最好。另外,本文还着重研究了优选Ta含量的MCrAlY的氧化过程。

电弧离子镀NiCoCrAlYTa涂层制备及其高温防护性能研究

为进一步提升高温合金材料的服役性能,利用真空阴极电弧离子镀技术在DZ22B高温合金上沉积NiCoCrAlYTa涂层,研究涂层对基材力学性能的影响和高温性能等。采用扫描电镜观察膜层表面和截面形貌,用X射线衍射仪分析涂层的物相组成,用万能试验机检测室温拉伸性能和高温光滑持久强度性能。结果表明:所沉积的NiCoCrAlYTa涂层厚度达60μm以上,经热处理后,涂层更加致密且与基体因互扩散实现了冶金结合;NiCoCrAlYTa涂层的相组织主要为γ′-Ni3Al/γ-Ni。表面沉积NiCoCrAlYTa涂层后,对DZ22B基材的室温拉伸性能和高温光滑持久强度性能虽稍有影响,但均能满足应用的要求。在1050℃高温下,NiCoCrAlYTa涂层表面形成了一层致密的氧化层,从而减缓了氧化速度,其氧化速度仅为DZ22B基材的50%;DZ22B基材表面沉积NiCoCrAlYTa涂层后,抗950℃燃气热腐蚀能力提高了225倍。

热处理对电弧喷涂用CuNiIn丝材性能的影响

采用真空熔炼+热挤压拉拔的方法制备了电弧喷涂用Cu35Ni5In丝材,研究了铸锭均匀化退火、中间退火和成品退火温度对合金性能的影响,采用SEM、XRD以及金相等对退火后的合金组织进行了分析表征,采用万能试验机对中间退火后的丝杆进行了抗拉强度测试。结果表明,CuNiIn铸锭采用1000℃×2 h的退火工艺显著改善了组织及成分偏析,CuNiIn丝杆在800℃中间退火温度下具有较高的抗拉强度,CuNiIn丝材在700℃的成品退火温度下,晶粒尺寸约为20μm,且大小及微观分布较为均匀,热处理过程CuNiIn没有发生相变。

大庆油田影响深井机械钻速的主要因素及措施

目前大庆油田深井钻井速度与国内外相比尚有不少差距。以4000m深井为例，平均钻进周期150～200d，平均机械钻速2．5～3m／h，严重制约了大庆油田深井钻井技术的发展。本文对深井地质情况及目前的钻井工艺现状进行了深入分析，针对影响机械钻速的因素提出了解决措施，通过现场应用取得了明显效果。

自动垂直钻井技术在海拉尔地区的应用

大庆油田海拉尔地区地层倾角大、自然造斜能力强,采用塔式、钟摆、满眼等多种钻具组合控制井斜均不理想,导致钻井速度很低。为提高机械钻速,引进了VertiTrak垂直钻井技术,该技术能够根据井眼的偏斜,经井下微处理器分析判断,使导向稳定器靠近井眼高边方向,导向肋板伸出顶向上井壁,使钻头产生合理的降斜力,从而使井眼回到垂直轨道上来。在海拉尔地区现场应用5口井,证实该技术能较好地解决钻井提速工作中井斜与钻压之间的矛盾,使钻井效率明显提高。