煤化工严苛工况阀门多相流冲蚀磨损-气蚀机理及预测方法研究

正本文以煤化工严苛工况阀门内多相流冲蚀磨损-气蚀失效为研究对象,明确了复杂流动条件下阀内件的失效机理及损伤过程,并建立含气液相变的多相流冲蚀磨损-气蚀预测方法。通过工艺过程、运行状态分析、受损表面微观形貌测试,基本明确了热高分液控阀和高压黑水角阀的失效机理;通过阀门空化-空蚀试验和高温冲蚀磨损试验,研究阀门气蚀和冲蚀磨损机理,并对空化模型和颗粒冲蚀磨损模型进行修正;构建了含气液相变的多相流冲蚀磨损-气蚀数学模型,并提出阀内流动     

WC颗粒增强镍基涂层改善制动盘组织与磨损性能

为提高汽车制动盘耐磨和高温氧化性能,延长其使用寿命,采用激光熔覆技术在中碳钢表面制备了以WC颗粒为增强相的Ni基复合涂层.借助SEM和XRD等表征手段对制动盘表面涂层进行了组织和物相分析,利用维氏硬度计测试了制动盘表面涂层截面显微硬度分布,通过摩擦磨损实验研究了制动盘表面涂层的磨损性能.研究表明,制动盘表面涂层主要由γ-（Ni,Fe）固溶体、均匀分布WC颗粒和碳化物抗磨损相组成.涂层平均显微硬度HV0.2670,显微硬度值波动较小较为平稳,证明涂层组织比较均匀.在多种强化效果共同作用下,制动盘表面涂层的磨损量与基材相比明显减小,仅为基材的20％,抗磨损性能显著提高.     

表面反弹特性对透平叶片冲蚀率及振频影响的研究

采用多种叶片材质对应的反弹恢复系数,结合气固双向耦合颗粒随机轨道模型,对双级烟气透平内颗粒与叶片碰撞形成的冲蚀行为进行数值试验,分析叶片材质对其冲蚀率和冲蚀分布的不同影响程度,并预测叶片自振频率因冲蚀而发生的变化。数值分析表明,不同反弹恢复系数,叶片内弧近中径的冲蚀率会有明显差异,较大的反弹恢复系数,冲蚀率数值较大,而反弹恢复系数的变化对叶片自振频率的变化影响却不明显。研究结果将为叶片材质、表面处理工艺、涂层等选用,实现冲蚀率和冲蚀分布控制提供依据。     

发动机活塞用ZL109铝合金表面等离子喷涂镍基合金涂层的耐磨性能

采用等离子喷涂技术在发动机活塞用ZL109铝合金表面制备Ni60CuMo合金涂层,研究了涂层的微观形貌、物相组成、显微硬度以及不同条件下的耐磨性能。结果表明：涂层由富铬区和富镍区交替重叠构成,与基体间的结合方式为机械结合;涂层的孔隙率为2.48%,平均显微硬度为792.91 HV,约为基体的6倍以上;随试验温度由25℃升高至450℃,涂层的摩擦因数和磨损质量损失均降低,450℃油润滑下涂层的平均摩擦因数为0.037,磨损质量损失为7.35 mg,仅为基体的1/4左右;随试验温度的升高,干摩擦下涂层的磨损机制由剥落失效转变为氧化磨损与黏着磨损,油润滑下由磨粒磨损转变为磨粒磨损和黏着磨损,最后转变为黏着磨损。     

喷砂射孔压裂工具弯曲段多相流动冲蚀模拟研究

目前,水力喷砂射孔压裂应用日益广泛,相关设备在含固相颗粒多相流动环境下部分区域冲蚀作用明显,严重影响后续施工效果。弯曲管件作为地面设备的重要组成部分,相关学者将研究重点放在了液固两相冲蚀磨损机理上,而气(氮气)-液-固三相流动条件下的冲蚀研究较少。基于此,以一定尺寸的弯管为研究对象,采用数值模拟方法分析了弯管内部气-液-固三相共存情况下管壁的冲蚀磨损情况,得到了三相流动条件下内管壁的冲蚀磨损规律。     

激光熔覆WC/Ni60B涂层磨损析出强化研究

采用激光熔覆的方法,以45#钢为基体,Ni60B自熔性合金粉末为基体相,微米和纳米WC-12%Co为增强相,研究制备了WC-12%Co颗粒增强金属基复合涂层.采用MM-200环块磨损试验机,对熔覆涂层在干摩擦滑动磨损条件下进行相同载荷不同磨损距离的磨损试验,分析了涂层在干摩擦磨损中的析出现象.试验结果表明:磨损后,2种熔覆涂层的表面显微硬度均比磨损前有所提高;磨损过程中,熔覆涂层中有析出现象;析出相有望改善涂层的磨损性能.     

喷砂嘴内表面真空高频感应熔覆制备耐磨涂层及其性能

采用真空高频感应熔覆技术在45钢喷砂嘴内表面熔覆制备添加20%(质量分数)WC的Ni60A合金涂层,并分别采用车床和电火花成型机床进行扩孔,分析了涂层和基体的显微组织和硬度分布,并研究了该涂层的摩擦磨损性能。结果表明:涂层具有良好的熔覆质量,平整无裂纹,存在少量孔洞,涂层与基体间为冶金结合;与车床扩孔后的相比,经过电火花成型机床扩孔后涂层外层组织的孔隙率下降,组织更加细化;涂层的硬度远高于基体的,电火花成型机床扩孔涂层外层的硬度高于车床扩孔的;经过150min冲蚀磨损试验后,涂层喷砂嘴的磨损量是未涂层喷砂嘴的11%,涂层喷砂嘴和未涂层喷砂嘴的摩擦因数分别为0.16和0.22,涂层喷砂嘴的耐磨性能显著提高。     

海水泵球型配流阀冲蚀磨损的数值模拟研究

海水中存在大量污染物,其中悬沙颗粒会对海水液压元件造成不同程度的冲蚀磨损;配流阀的冲蚀磨损会降低海水泵的容积效率,使用离散项模型对水介质下悬沙颗粒对海水泵配流阀的冲蚀磨损现象进行数值模拟计算,研究阀口开度与入口流速对球型配流阀阀芯及阀座冲蚀磨损的影响.结果表明:不同阀口开度下阀座表面的冲蚀位置有明显差异,而阀芯表面冲蚀...     

2Cr13不锈钢表面电火花强化及磨损和冲蚀行为研究

采用电火花表面沉积(ESD)技术,选用YG-8硬质合金和石墨两种电极,对2Cr13不锈钢进行表面强化处理。研究了强化层深度的影响因素,采用辉光放电谱仪(GDS)测试强化层元素分布,用X射线衍射仪(XRD)分析组织结构,用球盘磨损试验机评价耐磨性能,用喷砂型冲蚀装置评价冲蚀性能。结果表明:强化层与基体为冶金结合,其深度随电源电压增加而增大,Ar气保护能有效地降低强化层中N、O含量。石墨电极强化层存在大量的Fe3C、奥氏体和少量石墨;硬质合金电极强化层存在大量的W2C、Co6W6C和WC1-x。经YG-8和C电极强化后,2Cr13不锈钢表面的硬度大幅度提高,摩擦系数明显降低,粘着磨损得到有效的控制,耐磨性能得到显著的改善。在10°小冲蚀角条件下,强化层明显提高了基体的抗石英砂冲蚀性能,而90°垂直冲蚀时,强化层的抗冲蚀性能却不及基体,原因是强化层韧性不及基材。     

Fe基非晶纳米晶电弧喷涂层的摩擦磨损行为

利用超电弧喷涂技术在20#钢基体上制备含有非晶纳米晶的铁基涂层。采用扫描电镜分析涂层的组织形貌,用X射线衍射分析涂层的相结构,并对涂层与基体20#钢在干摩擦条件下的摩擦学性能进行对比研究。结果表明:Fe基非晶纳米晶涂层中含有非晶相和纳米相,孔隙率较低,具有较高的硬度;相同条件下,涂层的摩擦因数较小,磨损量较小,涂层的耐磨性优于20#钢;20#钢基体的磨损失效形式为黏着磨损,而Fe基非晶纳米晶涂层的失效形式开始时是疲劳磨损,随着粒子的脱落,失效形式就变为磨粒磨损。     

球体表面火焰喷焊制备Ni60涂层及耐磨性研究

采用氧-乙炔火焰喷焊工艺在316不锈钢球体表面喷涂镍基合金粉末(Ni60)涂层,然后对涂层的组织、物相、硬度及耐磨性进行测试和分析。通过SEM电竞扫描发现,粉末在高温熔融之后混合均匀,涂层内部存在较少缺陷。通过能谱线扫描可知,涂层与基体间存在20μm左右的过渡层,表明涂层与基体可达到比较强的冶金结合。由XRD物相分析可知,涂层经加热熔融形成硬质陶瓷相,可以提高涂层的耐磨性。由显微硬度计与摩擦磨损试验机分析可知,涂层的产生大幅提高球体表面硬度与耐磨性,有效延长球体零件的使用寿命。     

基于ANSYS/LS-DYNA的压裂泵阀胶皮冲蚀磨损数值模拟

针对压裂泵泵阀阀胶皮在压裂液固体颗粒冲蚀磨损下引起疲劳破坏的工程问题,运用有限元软件ANSYS/LSDYNA建立橡胶的单颗粒和双颗粒冲蚀力学模型,研究了颗粒冲蚀速度、颗粒尺寸、颗粒冲击次数对冲蚀性能的影响,并分析了阀胶皮的冲蚀失效机理。结果表明,冲蚀磨损程度随颗粒冲蚀速度的增加而增大;同一速度下,随颗粒直径的增大冲蚀磨损速度增大;颗粒冲击次数是造成阀胶皮冲蚀磨损的重要因素,经颗粒多次冲击后,阀胶皮恢复弹性的能力降低直至发生塑性变形后疲劳失效。     

2Crl3不锈钢表面电火花强化及磨损和冲蚀行为研究

采用电火花表面沉积（ESD）技术，选用YG-8硬质合金和石墨两种电极，对2Cr13不锈钢进行表面强化处理。研究了强化层深度的影响因素，采用辉光放电谱仪（GDS）测试强化层元素分布，用X射线衍射仪（XRD）分析组织结构，用球盘磨损试验机评价耐磨性能，用喷砂型冲蚀装置评价冲蚀性能。结果表明：强化层与基体为冶金结合，其深度随电源电压增加而增大，Ar气保护能有效地降低强化层中N、O含量。石墨电极强化层存在大量的Fe3C、奥氏体和少量石墨；硬质合金电极强化层存在大量的W2C、Co6W6C和WC1-x，。经YG-8和C电极强化后，2Cr13不锈钢表面的硬度大幅度提高，摩擦系数明显降低，粘着磨损得到有效的控制，耐磨性能得到显著的改善。在10°小冲蚀角条件下，强化层明显提高了基体的抗石英砂冲蚀性能，而90°垂直冲蚀时，强化层的抗冲蚀性能却不及基体，原因是强化层韧性不及基材。     

基于Fluent的煤粉燃烧器风管流场数值模拟与分析

利用Fluent软件对煤风管道内气-固两相流进行模拟仿真,通过观察固体颗粒运动轨迹,对管道内冲蚀磨损进行研究分析。利用RNG k-ε湍流模型和拉格朗日离散相模型对燃烧器煤风管道内煤粉颗粒-空气两相流场进行耦合数值模拟,对比分析了输煤管在不同角度α时的流场特性和颗粒运动轨迹,发现当α≤15°时,管道壁面冲蚀磨损率有所降低;管道中除了存在冲蚀磨损,同时还伴随有摩擦磨损。通过对计算结果的分析和讨论,发现燃烧器设计的不合理因素,对煤粉燃烧器结构改进和相关参数优化有一定指导意义。     

火焰喷焊和等离子堆焊制备Ni60及Ni60-WC涂层的组织与性能

采用火焰喷焊与等离子堆焊工艺分别制备了Ni60与Ni60-WC涂层,对比研究了两种涂层的显微组织、物相组成、硬度和耐磨性能。结果表明:Ni60与Ni60-WC喷焊层比相应堆焊层的内部缺陷多、孔隙率高;喷焊层硬度曲线波动大,堆焊层硬度分布均匀;喷焊层磨损表面粗糙,划痕较多,而堆焊层磨损表面平滑;WC颗粒的添加提高了喷焊层与堆焊层的硬度和耐磨性;火焰喷焊工艺下,WC颗粒的添加使得涂层孔隙率增大,WC颗粒发生一定的脱碳,而等离子堆焊工艺下WC颗粒的添加对涂层孔隙率影响不大,WC颗粒能较完整地保存在涂层内。     

超音速火焰喷涂Cr_3C_2/NiCr、Stellite6、Inconel625、Inconel718涂层耐冲蚀性能研究

采用超音速火焰喷涂技术,在15Cr_2Mo合金钢上制备了Cr_3C_2/NiCr、Stellite6、Inconel625、Inconel718涂层。测定了涂层的显微组织、结合力、显微硬度、孔隙率。研究了涂层耐固体颗粒冲蚀性能。结果表明,Cr_3C_2/NiCr涂层在结合力、显微硬度和孔隙率方面均优于其他涂层。同时,Cr_3C_2/NiCr耐固体颗粒冲刷性能最好,其冲蚀试验失重量仅为基体15Cr_2Mo的20%左右。Cr_3C_2/NiCr涂层显微组织中,高硬度的碳化物Cr_3C_2陶瓷相以多边形弥散分布在较软的基体NiCr合金相上。固体颗粒冲刷试验后,Cr_3C_2/NiCr涂层表面磨痕比较明显,但是没有发生明显的涂层分层剥落现象。优异的微观结构、细小的硬质颗粒以及较低的孔隙率等因素对涂层耐冲蚀性的显著提高起着关键作用。Cr_3C_2/NiCr涂层应用于冲蚀磨损环境,可有效提高部件寿命。     

激光熔覆制备Fe基合金涂层的微观结构与力学性能*

采用激光熔覆在25Cr2Ni4MoV钢基材表面制备铁基合金涂层,研究激光熔覆涂层的微观组织、显微硬度、抗剪强度、摩擦磨损性能。结果表明：激光熔覆Fe基合金涂层与25Cr2Ni4MoV钢基材界面形成了良好的冶金结合;激光熔覆层为典型的树枝晶形貌,由浅灰色及深灰色2种不同物相相间组成;激光熔覆区的显微硬度显著高于基体区和熔合区,平均剪切强度达280.83 MPa;激光熔覆Fe基合金涂层的平均干摩擦因数、磨痕轮廓深度及平均磨损体积较25Cr2Ni4MoV钢基材分别下降了约25%、45%及50%;激光熔覆所制备的Fe基合金涂层的耐磨性能远高于25Cr2Ni4MoV钢基体,该型涂层对基体有着良好保护作用。     

激光熔覆Ni基WC合金的固体粒子冲蚀磨损研究

采用激光熔覆技术,在45#钢表面制备Ni基WC合金涂层,利用扫描电镜分析了熔敷层的微观组织,利用显微硬度计、固体粒子冲蚀磨损实验机对涂层的性能进行了测试研究.结果表明:随Co-WC质量分数的增加,试样的硬度逐渐增大,其冲蚀抗力增大,当质量分数超过一定数值后冲蚀抗力减小.质量分数为40%的Co-WC复合涂层有良好的冲蚀抵抗力.     

基体负偏压对CrAlN涂层组织和性能的影响

采用真空多弧离子镀技术,使用Cr30Al70(原子分数)复合靶,在不同的基体负偏压下,在不锈钢基体上制备了一系列CrAlN涂层;采用能谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、粗糙度仪、显微硬度仪、摩擦磨损试验机和划痕仪等系统分析了涂层的成分、表面形貌、相结构、粗糙度、显微硬度、摩擦磨损性能和界面结合性能。结果表明:随着负偏压的增大,涂层中x(Cr)/x(Cr+Al)的比值先增大后减小,当负偏压为150V时,该值达到最大,并与靶材成分接近;基体负偏压为200V时,涂层的表面粗糙度最大,涂层结晶度、硬度最佳,晶体相为固溶铬的面心立方AlN;涂层的摩擦磨损性能不仅与涂层的表面粗糙度相关,还与涂层非晶相中铝元素的含量以及涂层的内应力大小密切相关;界面过渡层制备工艺相同时,基体偏压对涂层和基体之间的界面结合性能影响较小。     

楔式闸阀内部气固两相流动及冲蚀磨损研究

通过欧拉-拉格朗日方法对气力输送系统中经常使用的楔式闸阀进行了气固两相流动和颗粒冲蚀磨损研究。结果发现：阀腔和凹槽中的气体速度要比管道中的气体速度低很多;楔式闸阀的凹槽中会逐渐积累大量的颗粒,颗粒会对闸板底部造成非常严重的冲蚀磨损。