对旋转式冲刷腐蚀试验装置流速场的初步探讨

过对旋转式冲刷腐蚀试验装置流速场的简化计算,得出如下流速场运动规律：（1）试样表面各点相对速度随冲蚀角增大而增大;（2）离旋转中心越远相对速度越大,靠近旋转圆盘相对速度为零;（3）有挡板使得相对速度比无挡板显著增大;（4）冲蚀角α＝45°时,冲刷作用最强烈;α＜45°时,材料主要承受切向冲刷作用;α＞45°时,材料主要承受法向冲刷作用。     

等离子喷涂WC-12Co涂层抗冲刷磨损行为

目的探索WC-12Co复合涂层抗冲刷磨损的能力。方法采用大气等离子喷涂(APS)方法在Q235钢基体上制备WC-12Co复合涂层。用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和能谱仪(EDS),对涂层微观形貌和相组成及成分进行分析。采用维氏显微硬度计表征了涂层的力学性能。采用自制的干砂型常温冲刷磨损试验机对涂层进行冲刷磨损实验。结果所制备的涂层主要由WC以及少量的W2C、Co3W3C和Co6W6C相组成。涂层以机械结合方式为主,同时伴有微冶金结合。截面显微硬度高于粘结层,其截面平均显微硬度为1169HV0.05。WC-12Co涂层厚度为300μm,粘结层厚度为50μm。在冲刷角为60°时涂层失重率最大,为0.4788 mg/g;在30°时涂层失重率最小,为0.3696 mg/g。结论在小角度30°冲刷时,具有较好的抗塑性冲刷磨损能力;在冲刷角为60°时出现最大的冲刷失重率,抗冲刷磨损效果较差;在大角度90°时,有一定的抗脆性冲刷磨损性能。     

SiC／钢表面复合材料冲蚀磨损性能研究

采用喷射式冲蚀磨损试验机与SEM表面形貌分析相结合的方法,对消失模铸渗法制备的SiC/钢表面复合材料的冲蚀磨损行为与机理进行了研究.结果表明,SiC/钢面复合材料的冲蚀磨损率随冲蚀角的增大而迅速增大,当冲蚀角达到60°时,冲蚀磨损率达到最大值,随后其冲蚀磨损率稍有降低.分析了反应烧结SiC陶瓷的冲蚀磨损机理.     

文丘里管冲刷腐蚀数值模拟

目的 预防液固两相流冲刷腐蚀对管道内表面性能的影响,特别是在发生冲刷腐蚀可能性较大的变径管处。方法 基于计算流体力学和流固耦合原理,通过CFD中流固耦合技术,利用标准k-?涡流进行数值分析与离散相模型（DPM）进行流场分析。探究冲蚀角度、流体速度、固体颗粒粒径、颗粒质量流量对文丘里管冲刷腐蚀行为的影响规律,预测变径管处发生冲刷腐蚀行为的位置及严重程度。结果 文丘里管收缩角度从10°增加至70°时,最大冲蚀率先增加到3.82?10?5 kg/(m2?s),而在45°降到最小,后再次增加至6.23?10?5 kg/(m2?s);入口流速从8 m/s增加至20 m/s时,最大冲蚀率从9.44?10?7 kg/(m2?s)增加到5.09? 10?6 kg/(m2?s);冲刷固体颗粒粒径从6.25 μm 增加至300 μm时,最大冲蚀率从8.32?10?7 kg/(m2?s)减小7.64? 10?8 kg/(m2?s);质量流量从0.002 kg/s增加到0.008 kg/s时,最大冲蚀率从8.41?10?8 kg/(m2?s)增加到4.21? 10?7 kg/(m2?s)。结论 冲刷腐蚀行为随着冲蚀角度增大,先增强后减弱,再增强;随流速增大而显著增强;随着粒径增大而逐渐减弱;随着质量流量的增大而增强。在文丘里管的收缩段（节流区）最易发生冲刷腐蚀行为,且管道下半部冲刷腐蚀行为更严重。应采用收缩角为45°的文丘里管、控制流体速度、减少小粒径颗粒及降低质量流量,来抑制冲刷腐蚀行为。     

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.     

WC-x%TiC-6%Co硬质合金特征及冲刷磨损性能的研究

通过经典粉末冶金的方法制备WC-x%TiC-6%Co硬质合金,研究了WC-x%TiC-6%Co硬质合金(x=0%,2%,4%,6%)的显微组织和力学性能,利用SEM对该材料组织及其冲刷磨损进行了观察与分析,探讨了硬质合金在5%SiO_2的水溶液中的耐冲刷磨损行为。结果表明,TiC的添加有利于硬质合金晶粒的细化,且WC晶粒的形状由原来的规则的四边形晶体逐渐变为不规则的多边形晶体。此外,随着TiC含量增加,硬质合金的硬度逐渐升高,横向断裂强度和断裂韧性随之降低。加入TiC可以显著提高硬质合金的耐冲刷磨损性能,且其冲刷磨损率随着TiC含量的增加先减小后增大,当TiC添加量为4%时,该材料的耐冲刷磨损性能最好,在冲刷60 mins时磨损率为16×10~(-3) g/cm~2。     

冲蚀角对Al2O3颗粒增强铝锰合金复合材料冲蚀磨损性能的影响

采用旋转冲蚀磨损试验对比研究了冲蚀角度(45°和90°)对共晶成分铝锰合金和AlO3,颗粒增强铝锰基复合材料抗冲蚀磨损性能的影响规律,分析了材料的组织特征及冲蚀磨损后磨痕形貌.结果表明:铝锰合金的铸态组织为锰在铝中的同溶体以及MnAl6和Al11Mn4相;而复合材料的铸态组织为在与铝锰合金相近的基础上分布着的δ-Al2O3颗粒.随冲蚀时间的延长,当冲蚀角为90°时,冲蚀磨损失重率缓慢递增,磨痕形貌主要是由正向应力造成的变形磨损,产生冲蚀坑;而在45°冲蚀角情况下,失重率先增后降,存在着极大值,磨痕形貌主要是由切向应力造成的切削磨损,形成犁沟.     

压裂泵泵阀冲蚀磨损的数值模拟

目的 研究压裂泵作业过程中泵阀阀隙流场的冲蚀磨损特性,探究其主要影响因素与影响规律。方法 基于固液两相流基本理论与冲蚀模型,采用计算流体力学(CFD)方法模拟泵阀阀隙流场的冲蚀磨损行为,探究支撑剂粒径、质量流量、泵阀半锥角、阀座孔入口半径、阀盘升程等参数对泵阀冲蚀特性的影响。结果 泵阀的冲蚀磨损主要表现为支撑剂对阀盘边缘处的直接冲击与对阀座锥面处的切削作用。支撑剂粒径由0.062 5 mm增大到0.375 mm时,最大冲蚀速率增大了4.80倍,继续增大到1.5 mm时,最大冲蚀速率减小了76.12％;当其质量流量由5 g/s增大到25 g/s时,最大冲蚀速率增大了3.84倍。当泵阀半锥角由30°增大到50°,阀盘升程由5 mm增大到15 mm时,最大冲蚀速率分别减小了95.55％与92.57％;随着阀座孔入口半径由30 mm增大到50 mm,最大冲蚀速率增大了10.47倍。同时,阀盘升程的增大还会显著影响冲蚀磨损区域的分布。结论 压裂泵泵阀的最大冲蚀速率随支撑剂粒径的增大先增大后减小,随阀座半锥角与阀盘升程的增大而减小,随支撑剂质量流量与阀座孔入口半径的增大而增大。其中,泵阀结构参数对泵阀冲蚀磨损的影响更为显著。     

SiC_P尺寸对铜基复合材料抗氧化性及磨损性的影响

采用粉末冶金法制备了SiC粒径分别为10、20和40μm的SiCP./Cu复合材料,对复合材料的抗氧化性和耐磨损性进行了研究,并对磨损形貌进行了观察.结果表明,在氧化温度为400～700℃时,SiCp/Cu复合材料的抗氧化性优于纯铜,粒径为20μm的SiCp,/Cu复合材料的抗氧化性最优.复合材料的磨损性能也随SiCp粒径的变化发生明显改变,在载荷≤100N时,SiCp粒径增大有助于提高复合材料的耐磨性,其磨损机制主要是磨粒磨损;随着载荷的增加,大粒径SiCp易于破损,复合材料磨损率剧增,其磨损机制是磨粒磨损及剥层磨损的复合作用.     

基于有限元的20#钢冲蚀磨损行为模拟

目的研究固体颗粒对油气井管柱或地面油气输送管道材料的冲蚀磨损规律。方法通过对石英砂颗粒形状特征抽提了颗粒模型,采用有限元方法模拟了其对20~#钢的冲击磨损动力学行为。在不同冲击角度、不同颗粒粒径和不同冲击速度的条件下,分析材料表面冲击破坏应力特征和材料堆积形态。结果在给定的参数条件下,随着冲击角度的增大,最大等效应力先上升后下降,在40°时达到最大值1370 MPa。高角度冲蚀时,表现为凿坑和塑性挤出;低角度冲蚀时,以微切削和犁沟形唇为主,在冲蚀坑两侧及前端有材料堆积,冲蚀坑前端的变形唇高度逐渐增加,在40°时达到最大值0.019 85 mm。随着冲击速度的增大,最大等效应力单调增大,冲击坑深度变化不大,但冲击粒子前端的堆积材料明显增多,变形唇片高度增大。当粒径小于0.15 mm时,最大等效应力随粒径的增加而增大,粒径为0.15 mm时达到最大值1410 MPa。当粒径超过0.15 mm时,最大等效应力随粒径的增加而减小。随粒径的增加,冲蚀坑深度缓慢增加,粒子前端的变形唇片高度明显增加。结论采用有限元方法对石英砂冲击20~#钢的动力学行为进行了成功的模拟,获得了冲击角度、冲击速度以及颗粒粒径的变化对20~#钢冲击过程中应力分布、冲蚀形貌变化的影响规律。     

不同NaCl浓度对油气集输管道用钢冲刷腐蚀协同作用的影响

目的量化不同Cl~–浓度下的冲刷腐蚀协同作用。方法利用旋转圆柱电极实验装置,在模拟油田采出液中,通过腐蚀质量损失、形貌观测和电化学分析(包括Tafel曲线测试和阻抗谱测试等方法)得到20号钢在不同Cl~–浓度下的冲刷腐蚀规律。基于纯冲刷、纯腐蚀和冲刷腐蚀在不同Cl~–浓度下的质量损失速率和电化学拟合结果,得到纯腐蚀、纯冲刷及其相互作用对冲刷腐蚀的贡献。结果在模拟油田采出液中,当NaCl溶液质量浓度小于4.5%时,冲刷腐蚀质量损失率随Cl~–浓度的增大而增大,最高增至0.44 mg/(cm~2·h)。由于在每种Cl~–浓度下施加相同的电位保护,因此,由纯冲刷导致的质量损失变化不大。从图像来看,随着Cl~–浓度的增大,材料表面逐渐出现明显的腐蚀坑。结论 Cl~–浓度对材料腐蚀有明显的促进作用,并且存在临界Cl~–浓度。冲刷腐蚀质量损失率与形貌观测有良好的一致性,且不同Cl~–浓度下的冲刷腐蚀均为电化学腐蚀-冲刷混合控制,其中电化学腐蚀占据主导地位。对于协同作用方面,随着Cl~–浓度的增加,腐蚀对冲刷的促进作用逐渐增大,而冲刷对腐蚀的促进作用先逐渐增大再减小。     

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。     

超声辅助螺旋磨削SiCf/SiC陶瓷基复合材料

针对SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料(SiC_f/SiC)存在加工质量差、材料去除困难等问题,开展金刚石砂轮超声辅助螺旋磨削SiC_f/SiC陶瓷基复合材料试验,研究其出口质量、孔壁形貌及孔壁表面粗糙度。结果表明:与传统制孔相比,超声辅助螺旋磨削制孔出口处材料无大面积崩边;砂轮磨削速度方向与纤维方向的夹角θ的周期性变化导致孔壁表面形貌呈现规律性变化。当θ在0°/180°时,纤维与基体多发生脱黏现象;当θ在45°时,纤维多发生剪切断裂;当θ在90°时,纤维多发生挤压断裂;当θ在135°时,纤维既发生剪切断裂又发生挤压断裂;孔壁表面粗糙度S_a在θ为90°时最低,在θ为135°时最高。在一定范围内,表面粗糙度S_a随着超声振幅的增大而降低,最大降幅为38.7%;随着进给速度的增大而升高,最大增幅为39.3%。      

AZ91D熔体中原位合成TiC颗粒及冲刷腐蚀性能

利用原位合成反应法,在不同温度(740、760和780℃)下对AZ91D镁合金熔体保温40min,制备了TiC/AZ91D镁基复合材料。借助光学显微镜和X射线衍射仪,对TiC/AZ91D镁基复合材料的组织形貌和物相进行观察和分析,并对制备的复合材料在质量分数为3.5%的NaCl溶液+石英砂条件下进行冲刷腐蚀磨损试验。结果表明,在740℃保温40min制备的复合材料主要由α-Mg、β-Mg17Al12和Al3Ti组成。保温温度分别为760℃和780℃时,AZ91D镁合金中均出现了原位合成的TiC颗粒,并且随温度升高,TiC的数量增加。此外,TiC/AZ91D镁基复合材料在3.5%的NaCl溶液+石英砂中的冲刷腐蚀磨损性能随保温温度的升高而增加。经780℃保温40min后的复合材料呈出最好的耐冲刷腐蚀磨损性能,相比于AZ91D镁合金提高了60.5%。     

粒径和温度对20号钢冲刷腐蚀协同作用的影响

利用旋转圆柱电极实验装置,在模拟油田采出液中,通过腐蚀失重、形貌观测和电化学分析等方法量化20号钢在不同砂粒粒径和温度下的冲刷腐蚀协同作用。结果表明,砂粒粒径增大对20号钢的冲刷磨损有明显的促进作用,这与形貌观测较符合。随砂粒粒径增大,腐蚀促进冲刷的作用和冲刷促进腐蚀的作用均先增加后减小。在砂粒粒径为40～70μm到120～200μm时,材料冲刷腐蚀以冲刷-电化学混合控制为主;砂粒粒径为200～300μm时,以冲刷磨损为主导。在不同的温度下,20号钢的冲刷腐蚀均以冲刷-电化学为主要控制;温度越高,腐蚀对冲刷的促进作用越显著。     

气体携砂对弯头局部冲蚀规律实验探讨

通过电火花数控线性切割机将弯头沿轴向剖开的实验方法,研究了SiO₂颗粒对弯头冲蚀后的壁厚损失及微观形态,并分析了弯头磨损的分布与强度。结果表明,管流状态下颗粒对弯头的冲蚀主要集中于弯头外半圈,弯头外半圈质量损失与弯头内半圈质量损失比 (定义为α) 随着颗粒粒径增大而增大;小粒径颗粒对弯头冲蚀区域的影响较大而对壁厚损失影响相对较小,弯头 (R=1.5D) 最大冲蚀角为55°,此时颗粒对壁面的冲蚀作用最大,最容易造成磨损刺穿而导致弯头失效;冲蚀坑随着颗粒粒径增大而变大,但数量相对减少,颗粒对弯头的主要磨蚀机理是变形磨损,次要机理是低角度的微削磨损,它们的综合影响造成了弯头的穿孔刺漏。     

多相流动淡水体系中碳钢的冲刷腐蚀行为

利用圆桶式冲刷腐蚀实验机 ,在含砂淡水体系中进行了几种碳钢的冲刷腐蚀失重实验和线性极化电阻测试 ,讨论了冲刷腐蚀作用的机理 .结果表明水流速度加快 ,含砂粒径增大 ,冲刷腐蚀失重增加 ;但当水流速度、砂粒粒径超过一定范围后 ,冲蚀失重的增加变得不明显 .碳钢在水体流动条件下的极化电阻比静态下要小得多 ,在两相含砂水流中的极化电阻比单相水流中小 .实验条件下 ,碳钢的冲刷腐蚀是机械磨损和电化学腐蚀共同作用的结果 ,但随着水流速度的增加 ,机械冲刷的贡献逐渐占主导     

多相流动淡水体系中碳钢的中刷腐蚀行为

利用圆桶式冲刷腐蚀实验机,在含砂淡水体系中进行了几种碳钢的冲刷腐蚀失重实验和线性极化电阻测试,讨论了冲刷腐蚀作用的机理.结果表明水流速度加快,含砂粒径增大,冲刷腐蚀失重增加;但当水流速度、砂粒粒径超过一定范围后,冲蚀失重的增加变得不明显.碳钢在水体流动条件下的极化电阻比静态下要小得多,在两相含砂水流中的极化电阻比单相水流中小.实验条件下,碳钢的冲刷腐蚀是机械磨损和电化学腐蚀共同作用的结果,但随着水流速度的增加,机械冲刷的贡献逐渐占主导.     

Q235钢基表面超音速电弧喷涂WC-Co涂层冲蚀磨损性能研究

采用超音速电弧喷涂工艺(HVAS)在A3钢基体上制备了WC-Co涂层,对所制备的涂层在不同冲蚀角度下的冲蚀磨损性能进行了研究。结果表明:冲蚀磨损时,喷涂电流为100 A和200 A的涂层质量损失都随冲蚀角的增大而增加,冲蚀角为30°时磨损量最小,冲蚀角为90°时磨损量最大,说明冲蚀过程中冲蚀粒子的锤击作用对材料的质量损失影响更大。喷涂电流为100 A时的冲蚀磨损量要高于喷涂电流为200 A的冲蚀磨损量,喷涂电流增大,弧区温度升高,容易形成细小熔滴,在压缩空气作用下粒子飞行速度增大,动能提高,促使涂层表层硬度提高,从而提高了涂层的耐磨性。     

加载相位差对微动磨损影响的数值模拟研究

目的研究不同加载相位差下微动磨损量随切向载荷幅值的变化规律。方法在ABAQUS中建立柱面/平面微动磨损模型,设置不同的加载相位差,结合能量模型和UMESHMOTION子程序,进行仿真试验,对不同情况下的磨损深度进行仿真分析。结果法向载荷、位移载荷和应变载荷取定值时,0°相位差的磨损深度最小,180°相位差的磨损深度最大,90°和270°相位差的磨损深度相同,且介于二者之间;当法向载荷和位移载荷为定值时,0°相位差的磨损深度随应变载荷的增大而减小,90°相位差的磨损深度不受应变载荷幅值的影响,180°相位差的磨损深度随应变载荷的增大而增加,且接触状态由部分滑移向完全滑移逐渐过渡;当法向载荷和应变载荷一定时,随位移载荷的增加,各相位差下磨损宽度和磨损深度都呈现出增大的趋势;在部分滑移状态下,当应变载荷较大时,0°相位差的最大磨损深度发生在接触区后缘,180°相位差的最大磨损深度发生在接触区前缘,90°相位差的前、后缘磨损深度极大值接近。结论两切向载荷间加载相位差对磨损深度随切向载荷幅值变化的趋势影响明显,0°相位差的磨损深度最小,相位差对最大磨损深度的产生位置也有影响。