高参数垃圾电站锅炉防腐涂层体系的设计策略与评价

随着国家“双碳”战略目标的提出,垃圾发电成为城市垃圾处理的主流方式。针对高参数垃圾电站锅炉管道腐蚀减薄到一定程度时,造成泄漏甚至爆管的严重安全问题,本文在简介了高参数对锅炉腐蚀影响规律的基础上,评述了高参数条件下管道的基材特性及主流涂层防护技术,重点论述了Inconel堆焊、感应熔焊、HVOF等技术及性能。因为涂层系统设计主要是对管道基体和涂层材料与工艺进行选配,同时匹配参数也是对涂层系统的主要评价指标,所以本文对热膨胀系数、导热系数、结合强度、孔隙率、服役寿命以及经济性等参数进行了系统评价,并阐述了涂层结构设计策略,包括防腐涂层的厚度设计、涂层结构设计、涂层材料组分设计等内容。根据涂层防护技术现存的主要问题,提出粉末合成设计-涂层结构设计-服役性能评价一体化研究的重要性;针对目前主要的材料体系设计比较集中于高Cr含量的FeCr系和NiCr系合金的现状,指出应开发以NiCr基辅以W、Mo等元素涂层材料,使其兼具优异的耐腐蚀和抗磨损的综合性能。最后对涂层防护技术的发展前景进行展望。

热喷涂-感应熔焊制备镍基合金涂层的组织与电化学腐蚀分析

采用超音速火焰喷涂在20G钢表面制备了NiCrBSi系自熔合金涂层,随后采用高频感应重熔技术对表面涂层进行了重熔处理。为了研究镍基涂层的耐腐蚀性能,用锅炉常用钢20G作为对照,用电化学测试方法,结合X射线衍射仪(XRD)、能谱分析仪(EDS)等分析技术对涂层的物相组成、成分分布及腐蚀参数等进行了分析。研究表明,感应熔焊技术制备的镍基自熔合金涂层组织较为致密,经感应重熔后,消除了涂层中的层状结构,涂层与基体之间形成冶金结合;与20G相比,制备的镍基涂层具有较低的腐蚀电流密度和较高的极化阻抗,说明镍基涂层作为保护层显著提高了20G的耐蚀性能。

感应熔覆过程中氧化皮对锅炉管内壁力学性能的影响及其抑制技术研究

高频感应熔焊技术代表了锅炉四管受热面高温防腐技术的发展方向。但由于高频感应线圈对管外壁涂层加热重熔时,管内壁也随之被加热,使管内壁表面产生氧化皮。通过检测表面硬度和脱碳层深度等指标,对于氧化皮对管内壁性能的影响进行了评估。结果表明:当重熔温度升高使得管内壁温度超过580℃时,由管内壁基体表面起向外依次排列为FeO、Fe3O4、Fe2O3等三层氧化膜,厚度比约为1∶10∶100。FeO虽然较薄但结构疏松,晶格缺陷多,不稳定易分解,易从管内壁表面脱落,是造成爆管事故的主要因素。利用氮气保护的方法对感应重熔过程产生的氧化皮进行了有效抑制,该方法也抑制了管排背面氧化皮的产生,实验证明其效果显著。

工程陶瓷微缺陷无损检测技术的研究进展

工程陶瓷材料具有优良的综合性能,加工损伤和本征缺陷临界尺寸很小,对坯料和制品进行无损检测是保证质量和可靠性的重要措施。根据研究和应用现状对工程陶瓷材料表面/亚表面及内部缺陷检测技术进行综述。介绍了常规的液体渗透检测、超声检测和射线检测技术,对几种非常具有发展潜力的无损检测方法进行了阐述和评价。适用于工程陶瓷材料的无损检测方法有很多,但受当前经济和技术条件制约,高效、可靠和智能化的缺陷检测技术仍需重点突破。

基于纹理分析的Si_3N_4陶瓷表面粗糙度研究

通过数字显微镜获取Si3N4磨削表面图像,运用灰度共生矩阵(GLCM)分析表面纹理特征与粗糙度的内在关系。根据实验确定GLCM采样点间距、总灰度级,按4个方向建立GLCM并计算纹理特征参数均值。利用变量相关分析,确定对比度等6个参数为Si3N4磨削表面主要纹理特征,并探讨各纹理参数与Ra,Ry,S,Tp的变化规律,从而定性评估Si3N4磨削表面粗糙度。采用多元非线性回归方法研究纹理特征参数与粗糙度评定指标的联系,构建4个回归预测模型。结果表明:模型计算值与实测值偏差小于0.25,具有较好的预测效果。

工程陶瓷先进加工技术的研究进展

综述了国内外工程陶瓷的激光和电火花加工技术最新研究成果,对超声波、等离子、磨料水射流、微波等特种加工技术、复合加工技术以及在传统磨削技术基础上发展起来的ELID磨削技术进行了评述,分析得出工程陶瓷先进加工技术发展的必然趋势是多种先进加工技术相复合的加工技术。

工程陶瓷引弧微爆炸加工中等离子体射流的光学特征

引弧微爆炸加工是一种新型工程陶瓷特种加工技术,其能量通过等离子体射流输出,由于加工过程伴随着强烈的光和热,直接测试十分困难。通过高速摄像技术和光谱分析技术,综合对等离子射流的外部形态和内部物理状态进行研究。利用高速摄像,观察射流的外观以及氮化硅和氧化铝两种陶瓷材料加工时的材料去除过程。观察发现,射流直径随电流值的增大而增大,单脉冲加工时蚀坑直径随着加工时间逐渐扩展,蚀坑形状近似为球冠形;结合材料性质,推断出氮化硅陶瓷加工时分解,氧化铝陶瓷加工时直接熔化。对等离子体射流的光谱分析,采用氢原子示踪法,选择Hα谱线进行。分析结果显示,采用斯塔克展宽法获得的等离子体的电子密度在1016～1017 cm–3范围内,满足局部热力学平衡状态,并分析了加工参数对电子密度的影响规律。

叶片多轴数控加工方法与关键技术研究进展

从航空发动机涡轮叶片的叶型特点出发,综述了叶片多轴数控加工的方法及技术的发展现状,着重论述了叶片数控加工的几项关键技术:叶片造型、刀具路径规划、刀具轨迹计算、叶片加工变形控制等。

Si_3N_4陶瓷激光加热辅助引弧微爆炸加工温度场仿真

介绍了激光加热辅助引弧微爆炸加工技术,建立了温度场数学模型,使用有限元分析软件计算出了加工Si3N4陶瓷时的温度场分布,并研究了工艺参数对温度场的影响。仿真结果表明:用激光加热辅助引弧微爆炸加工使加工温度得到提高,从单独使用引弧微爆炸加工的12 600℃提高到14 381℃;其最高温度随着激光功率的增大而升高,随光斑尺寸的增大而减小,随激光加热点距引弧微爆炸加工点距离的增大先增大后减小,随进给速度的增大而减小。研究结果为揭示激光加热辅助引弧微爆炸加工机理和选择合理工艺参数提供了理论依据。

超音速火焰喷枪设计理论与数值模拟的研究进展

超音速火焰喷涂作为热喷涂领域的新技术具有粒子飞行速度高 ,涂层质量好等优点。本文在介绍了超音速火焰喷涂的原理、特点、应用的基础上 ,阐述了国内外超音速火焰喷枪结构设计的研究进展 ,分析了目前国际上流行的六种喷枪结构的特点 ,综述了用数值模拟的方法探讨喷嘴内外焰流的工作状态、焰流及粒子的压力场、速度场与温度场的变化规律 。

用形貌仪技术测试陶瓷磨削表面残余应力的研究

采用表面形貌测试技术对陶瓷磨削表面残余应力进行了测试研究，并进行了接触式和非接触式形貌测试的比较．对测试结果进行了计算分析．

陶瓷磨削温度对表面残余应力的影响

研究了磨削热对陶瓷表面残余应力的影响。采用夹式热电偶结构和高精度信号调理器测试陶瓷磨削温度 ,根据正交设计法测量的磨削温度实验结果说明 :磨削温度随着磨削深度和砂轮速度的增加而提高 ;磨削深度 ap=3 0μm是磨削残余应力和磨削温度曲线的转变点 ;磨削温度随着连续磨削次数的增加而增加 。

基于边缘破碎驱动裂纹推挤加工的破碎模拟实验研究

工程陶瓷基于边缘破碎驱动裂纹软推挤加工是一项创新性的非传统接触式加工技术,可采用单晶压头挤压破碎模拟实验研究新技术的加工特征。通过对挤压破碎曲线、微观形貌观察以及有限元仿真讨论了挤压驱动裂纹失稳的机理,以及预制缺陷的应力集中效应起到的重要作用。通过正交实验探讨了加载速度、凸缘宽度、压痕位置离外边缘距离、槽深对挤压破碎力的影响规律,并采用多元回归模型实现较好的拟合。

陶瓷磨削表面变质层的产生机理

研究了陶瓷磨削表面变质层的产生机理。经扫描电镜观察发现了磨削表面非晶层的粘性行为和匀质化过程。采用物相分析和X射线衍射谱线分析证实了变质层中微晶的存在，通过能谱分析确定了非晶层的化学成分，在对玻璃相结构分析的基础上研究证实了A12O3陶瓷表面变质层是由碎(微)晶和玻璃态化合物组成的塑性层，并解释了表面晶粒的碎化机理。

工程陶瓷磨削过程对表面残余应力的影响研究

采用对陶瓷试件磨削后再用 X射线应力技术测试的方法 ,对磨削用量、砂轮种类、陶瓷材料等主要因素对磨削残余应力的影响规律进行了试验研究。研究结果表明 ,用金刚石砂轮磨削 Al2 O3陶瓷试件时 ,残余应力随磨削深度、工件进给速度和砂轮速度等磨削用量的变化而变化 ,且试验曲线均存在峰值效应。陶瓷砂轮比金刚石砂轮的磨削残余压应力高。陶瓷磨削表面残余应力受不同材料影响的敏感性要高于不同磨削条件的敏感性。

陶瓷磨削残余应力对表面性能的影响

陶瓷零件的磨削表面必然要附加一层残余压应力 ,其对零件的使用性能影响较大。本文主要针对陶瓷材料磨削表面残余应力对疲劳磨损和表面硬度的影响进行实验研究。试验结果表明 :与金属材料相比 ,Zr O2 陶瓷材料的磨削残余应力对零件的摩擦磨损性能的影响要小得多。磨削、研磨及加热三个试件组的磨损量随摩擦时间呈现一定的变化规律。残余拉应力在一定程度上加速陶瓷零件的磨损 ,残余压应力可适当减缓陶瓷零件的磨损 ,其数值变化对零件性能的影响很小。随着残余压应力值的增加 ,表面硬度值也在逐渐增加 ,当残余压应力增加到一定值后表面硬度值开始下降。

结构陶瓷磨削表面残余应力的产生机理

对结构陶瓷磨削表面残余应力的产生机理进行了研究。采用金刚石单颗粒模拟砂轮磨削运动，通过改变切削参数和磨粒形状以真实模拟各种应力单独作用时对残余应力产生的影响，并用X射线衍射法测试表面残余应力。研究结果表明：陶瓷磨削残余应力主要由挤压应力、切削应力和热应力的综合作用引起；在这三种应力中，切削应力对残余应力的影响最小，挤压应力产生残余压应力，热应力产生残余拉应力。冷却条件显著影响残余应力。

运用LS-DYNA的轴向缓进给磨削工程陶瓷的有限元仿真

介绍了轴向缓进给磨削加工原理,建立了单颗金刚石磨粒磨削工程陶瓷的仿真模型,并就磨削力在X、Y、Z向上的分力对仿真结果的影响进行分析。最后通过对不同磨削条件下的单颗金刚石磨粒的磨削过程进行仿真,研究了砂轮转速、砂轮轴向进给速度、工件转速,以及磨粒锥角对磨削力的影响。

基于灰度共生矩阵和神经网络的Si_3N_4陶瓷推挤加工表面纹理分析

基于边缘破碎效应驱动裂纹软推挤加工是一项新颖的加工技术。通过采集Si3N4陶瓷的软推挤加工表面形貌,运用灰度共生矩阵(GLCM)分析了对比度、熵、相关性3个特征参数与加工表面纹理分布的内在关系。通过径向基网络和竞争层网络两类神经网络的分工协作,对不同加工参数下已加工表面的纹理特征进行预测和分类,其预测结果的相对误差能控制在5%之内。随着对比度和熵越大,相关性越小;分类等级越大,表面平整程度越差。通过系统实验探讨了各加工参数对纹理特征的影响,可靠地评估了加工质量的优劣。随着车刀进给速度或槽深的增大,加工表面质量变差;随着凸缘厚度的增大,加工表面质量先逐渐变差,但经过凸缘厚度2.5 mm分界点后却又有所改善。

工程陶瓷的激光加热辅助切削技术

激光加热辅助切削工程陶瓷技术即使用激光作为外加热源先于刀具加热软化陶瓷工件,然后再使用刀具将软化的材料去除。较高的剪切变形区温度降低了陶瓷材料的屈服应力和硬度,陶瓷变形特征从脆性转变为塑性或者准塑性,从而提高切削效率,延长刀具使用寿命,有望解决陶瓷加工中的低效率和高成本现状。从激光加热辅助切削工程陶瓷研究进展、激光束的整合,以及切削机理等方面,对激光加热辅助加工工程陶瓷做了较为全面的论述。