纯铁在均匀液膜下的CO2腐蚀机制

液膜下的CO2腐蚀是湿天然气管道内腐蚀破坏的重要形式,对其腐蚀机制的认知还非常有限。自主设计、搭建一套可实现温湿度控制、液膜厚度表征与控制以及三电极电化学测试的试验装置,结合电化学阻抗谱、极化曲线等电化学测试,研究纯铁在不同CO2分压环境、不同厚度均匀液膜中的CO2腐蚀行为机制。结果表明:液膜下的CO2腐蚀过程受阴极扩散控制,电极表面扩散层厚度小于1 000μm;液膜厚度小于1 000μm时,腐蚀速率整体随液膜厚度增大呈增大趋势,因受到CO2溶解度与腐蚀产物膜的影响,腐蚀速率在液膜厚度为400μm时出现局部极值;液膜厚度小于400μm时,CO2在液膜中的溶解度是制约腐蚀速率的重要因素;液膜厚度在400~1 000μm时,腐蚀产物膜成为影响腐蚀速率的主要因素;薄层液膜环境下增加CO2分压既可提高腐蚀速率又可以促进腐蚀产物膜的生成。

提拉法涂胶膜厚均匀性研究

针对提拉法涂胶工艺中膜厚的均匀性较难控制,影响因素很多的情况。利用流体计算软件Fluent对提拉法涂胶的整个提拉过程进行仿真,同时结合提拉法涂胶实验,探究影响液膜均匀性的2个重要因素:提拉速度和静置时间。仿真结果和实验结果均表明,提拉速度越大,液膜均匀性越差;圆柱基底放入烘箱前,在空气中放置时间越短,膜厚均匀性越好。这对优化提拉法涂胶工艺,提升膜厚均匀性均有重要的意义。

基于树蛙脚掌湿黏附的仿生手术夹钳表面研究

手术夹钳是外科手术中常用的夹持器具,传统的手术夹钳主要通过齿形结构使湿滑的软体器官变形产生机械互锁来提高夹持稳定性,这往往会带来严重的组织损伤。为了降低夹钳夹持损伤,需要发展以强湿黏附增摩来取代强夹持增摩的技术,实现湿环境下“松夹而不滑脱”功能。树蛙经过千万年的进化,其脚掌形成了优异的湿摩擦功能。通过表征发现树蛙脚掌表面结构多为密排六棱柱。且随着界面间液量减少,树蛙脚垫由湿变干过程中液膜会出现碎化分散,摩擦力出现近百倍增大的现象,即称为边界强摩擦状态。通过对仿生表面的测试发现,液膜的碎化现象由其特殊的密排棱柱结构所决定,液膜碎化会使液膜更为均匀铺展,产生极强表面张力,从而能够在无任何外界压力的情况下仍能产生极高的摩擦力,有助于达到手术夹钳“松夹而不滑脱”的效果。此外,棱柱结构的各向异性与沟槽的方向性分布使得摩擦力表现出各向异性,鲜猪肝夹持测试发现,与传统齿形夹钳相比仿生六棱柱表面具有更优异的摩擦性能,更适合于仿生手术夹钳表面。基于树蛙脚垫强摩擦机制,提出了仿生手术夹钳设计制造方法,并验证了其降低组织损伤的有效性。