深海腐蚀环境下钛合金海洋腐蚀的发展现状及展望

综述了钛合金及其他合金在深海极端腐蚀环境下的研究成果,总结了深海环境下腐蚀特征及应力腐蚀开裂、低周疲劳及高压蠕变等主要腐蚀破坏形式,指明上方海水的高静水压造成深海装备等的腐蚀失效和缺陷对于深海空间站等大型装备的安全性等至关重要。深海腐蚀的电极反应受到深海高静水压的影响的与普通水溶液腐蚀大为不同,值得深入研究;另一方面,对近期利用材料计算工程方法对于深海极端环境下腐蚀过程的模拟进行了介绍和总结,并总结了自主研发的专用深海腐蚀模拟装置的发展现状。基于钛合金在深海会发生的应力腐蚀开裂、低周疲劳、高静水压力导致的高压压缩蠕变及相应的电极反应方面研究,提出了我国深海环境下钛合金腐蚀研究的主要问题和未来亟待解决的相关问题。     

材料深海自然环境腐蚀实验研究进展

中船重工七二五所率先开展了材料深海自然环境腐蚀老化实验,成功突破了深海试验装置低功耗长期自持设计、大深度深海试验装置水下受力状态模拟分析、深海原位腐蚀检测等多项关键技术,利用自主设计研发的"近底悬浮"式深海试验装置,在我国南海海域相继开展了不同深度深海环境实验,积累了9大类40余种不同材料、不同周期的深海腐蚀老化数据,获得腐蚀数据13000余个,建立我国首个材料深海腐蚀老化数据库,并从取得的数据中揭示出材料在深海环境下的腐蚀规律。同时积累了不同深度海洋环境因素数据,探讨了材料腐蚀与环境因素之间的关系,填补了我国在深海环境中材料性能研究的空白,获得的基础数据对我国深海装备的发展具有重要的意义。     

重防腐涂料深海环境失效行为研究

本文从深海腐蚀环境特征及重防腐涂料防护机理出发,综述了重防腐涂料在深海环境下的失效过程及特征,对深海环境下有机涂层的失效形式进行了阐述,展望了深海环境用重防腐涂层的研究方向。     

深海环境剪切模量测试系统的设计

为便于测试深海环境下材料的剪切模量,设计一套深海环境剪切模量测试系统。在分析深海环境模拟的基础上,提出一种基于高低温试验箱的温度与压力结合的闭环控制策略,完成深海环境模拟;基于微拉伸测试原理,设计剪切模量测试仪;利用ABAQUS软件对耐压舱与剪切模量测试仪进行有限元分析,确保在低温高压下的稳定运行;对测试装置进行标定分析,得到换能器频率与位移曲线。试验结果表明:耐压舱与剪切模量测试仪形变较小;同时测试得出了材料的剪切应力-应变曲线,测试系统具有较高的测量精度以及稳定性,能为以后深海环境测试提供一定的参考。     

有机涂层在模拟沙漠大气环境下的加速试验研究

目的在较短的时间内获得有机涂层在沙漠大气环境下的腐蚀失效规律。方法针对有机涂层中应用比较广泛的丙烯酸聚氨酯涂层,采用紫外暴晒与吹沙试验相结合的加速试验环境谱进行实验室模拟沙漠大气环境加速老化试验,通过分析涂层质量、厚度、光泽度、表面形貌及电化学阻抗的变化,研究有机涂层的老化失效过程。结果随着加速试验周期的延长,丙烯酸聚氨酯涂层发生了一系列变化,表现为涂层质量减小,厚度减薄,光泽度降低,表面微观缺陷增多,电化学低频阻抗模值减小,防护性能下降。结论通过加速试验,可以快速获得有机涂层在沙漠大气环境下的老化失效规律。     

在模拟深海高压环境中人工破损涂层的电化学阻抗谱响应特征

在深海环境中,海水的压力、温度和含氧量等因素会影响有机涂层的使用寿命.本文研究模拟深海环境对涂层带有人工破损时,涂覆以改性厚浆环氧防锈涂层的907A钢试样在天然海水中的电化学阻抗谱响应特征和涂层耐蚀性能变化.结果表明,在相同破损率和相同浸泡时间条件下,与常压下试样相比,处于2.5 MPa的压力下试样的阻抗幅值显著变小,而且随浸泡时间延长,试样的涂层电容呈增加趋势,极化电阻不断减小,证实了海水压力加速了涂层的失效过程.同时表明,在模拟深海环境中运用电化学交流阻抗对研究有机涂层失效过程是可行的.     

压扭作用下热作塑性成形模具服役环境模拟方法

针对热作模具的寿命预期与失效测试等问题,分析了国内外塑性成形模具服役环境试验模拟的研究现状,重点讨论了热作模具在热塑性变形条件下服役环境的模拟测试方法及装置。通过模拟热塑性成形过程中坯料的应力幅值与环境温度变化,获得热成形模具的服役环境,从而提出了一种基于环境服役条件的热作塑性成形模拟试验方法与装置。该试验装置主要由PLC总控制系统、液动压力系统、声控预测系统、冷却系统、加热系统与扭转系统构成,能实现热疲劳、热摩擦磨损及热疲劳摩擦磨损3种试验模式。该方案可为热作模具塑性成形过程中失效问题的研究提供试验支撑。     

核电站铸造奥氏体不锈钢热老化试验设计

为验证一回路关键部件铸造奥氏体不锈钢(CASS)在整个寿期内的适用性,结合CASS部件运行期间的主要老化机理,对核电站铸造奥氏体不锈钢的热老化试验设计进行研究。通过对CASS材料的老化机理分析,结合加速老化试验的基本原理Arrhenius公式,分析了激活能Q、老化温度TS和老化时间t对热老化试验的影响,并得出如下结论:对于核电用CASS部件,热老化的加速老化试验温度建议值最高不超过400℃,试验过程中需严格控制加热温度的均匀性和稳定性,同时需要结合激活能值设计可覆盖设备整个寿期的试验,为准确把握材料的老化特征,需合理设置取样的时间间隔。     

核电站铸造奥氏体不锈钢热老化试验设计

为验证一回路关键部件铸造奥氏体不锈钢(CASS)在整个寿期内的适用性,结合CASS部件运行期间的主要老化机理,对核电站铸造奥氏体不锈钢的热老化试验设计进行研究。通过对CASS材料的老化机理分析,结合加速老化试验的基本原理Arrhenius公式,分析了激活能Q、老化温度TS和老化时间t对热老化试验的影响,并得出如下结论:对于核电用CASS部件,热老化的加速老化试验温度建议值最高不超过400℃,试验过程中需严格控制加热温度的均匀性和稳定性,同时需要结合激活能值设计可覆盖设备整个寿期的试验,为准确把握材料的老化特征,需合理设置取样的时间间隔。     

理顺材料与环境关系是控制腐蚀的基本思路

本文论述了工业装置与设备腐蚀控制或防护设计中应理顺材料与环境的关系,尤其是防止局部腐蚀和环境敏感断裂,对设备的失效分析和系统的安全性分析更应从材料与环境两方面考虑,这里的环境是广义的环境,包括自然与社会环境,人是控制腐蚀的决定性因素,装置和设备的腐蚀失效,大多由决策失误、操作失误和监管不力造成的。全面腐蚀控制不能忽略全员腐蚀控制,最后提出预防为主的理念。     

高精度深海压力模拟装置的分析

基于深海环境的特殊性,以及在现场进行观察和研究的难度较大,在实验室建立深海模拟系统进行研究工作显得尤为重要。针对现有的高精度深海压力模拟装置,分析了充压至5 MPa后压力缸几何尺寸的变化,根据相关计算公式推导出了在密闭容腔内液体体积改变量与压力变化量之间存在迭代关系,然后通过MATLAB计算软件绘出了大、小活塞进给量与压力变化量的关系曲线图,得出了进给量与压力变化量之间近似呈线性关系,分析出可以通过精度较高的位移传感器来测量压力并且可以获得比标准压力传感器更高的精度,进而得出对于微小的压力波动可以通过位移传感器来精确标定的结论。     

基于Simulink深海海底车行走液压机构建模分析

为高效开采运输海底矿产,深海行走机构多采用液压系统驱动执行机构,系统性能对整个机构性能影响较大。根据海底车液压行走机构的总体设计模型和液压驱动系统原理,建立了行走驱动液压系统的数学模型。根据系统设计参数,建立各个环节的数学模型,基于MATLAB/Simulink建立深海行走机构各单元及整机的分析模型。通过调速系统对直流电机的负载进行调节,对电枢电流与输出转速之间的关系进行分析;并对液压驱动系统的静动态特性及机构越障性能进行分析。分析结果可知:通过速度调节,控制液压主回路中的流量满足各个驱动马达的需要,实现驱动马达输出转速,使各个轮边马达按照设定的速度运行;通过增加积分环节,可使行走机构在给定的转矩运行,能够完全消除静态误差;机构越障时,轮系的变化趋势基本相同,可以很好地满足海底行走越障的需要。     

深海高背压环境对C型波登管应变-压力特性影响的研究

针对深海环境,压力表工作存在高背压的情况,研究波登管承受极大外压应力时的应变-压力特性,探究压力表能否有效工作。基于ANSYS建立波登管的非线性有限元模型。通过对高背压与无背压环境下工作的C型波登管有限元仿真分析,比较两种工况下的应力与应变分布,得出C型波登管在高背压环境下的应变-压力特性,并在深海模拟舱内进行试验验证。仿真结果表明:深海高背压环境会使波登管最大应变量缩小,最大误差为1.0%,在有效工作允许范围内;应力分布不变,最大应力减小。C型波登管压力表在高背压环境下工作示数减小,但压力表示数误差在工作允许范围内。在高背压条件下波登管不会失效,压力表可以有效工作。     

A novel feedback control system – Controlling the material flow in deep drawing using distributed blank-holder force

The performance of a feedback control system is often limited by the quality of the model on which it is based, and often the controller design is based on trial and error due to insufficient modeling capabilities. A framework is proposed where the controller design is based on classical state space control theory and time series. The system plant has been modeled using non-linear finite element and the gain factors for the control loop were identified by solving the optimal control problem using a non-linear least square optimization algorithm.The proposed design method has been applied on a deep drawing operation where the objective was to control material flow throughout the part using only spatial information regarding flange draw-in. The control system controls both the magnitude and distribution of the blank-holder force.The methodology proved stable and flexible with respect to controlling the dynamic behavior of the system and the numerical tests showed that it is possible to control the material flow.Preliminary experimental results show that the proposed control system can eliminate process instability when the process is subject to a systematic error.     

Modicon Quantum控制系统在烧结原料场系统中的应用

从满足烧结原料场生产工艺要求出发,设计了一套由施耐德公司Modicon TSX Quantum系列PLC控制器构成的烧结原料场Quantum控制系统。详细描述了烧结原料场Quantum控制系统的硬件构成、控制系统功能设计、软件编程及网络通信的设计特点。该控制系统可实现料位自动控制、配料自动控制、电气设备开关量控制等。通过现场调试与实际运行情况来看,该控制系统运行稳定可靠、维护量小、故障率低,达到了预期设计的效果。     

Electrochemical Performance of Passive Film Formed on Ti-Al-Nb-Zr Alloy in Simulated Deep Sea Environments

Titanium alloy Ti-Al-Nb-Zr has high specific strength and becomes a promising structural material used in the deep sea.The excellent corrosion resistance of the alloy is derived from the protective passive film formed on its surface.By now,full agreement on interpretation of the anti-corrosion performance of the film in marine environment,especially in the deep sea,has not been reached.In this work,the electrochemical performance of two-surface-state Ti-Al-Nb-Zr alloys which are treated by mechanical polishing and anodizing pre-passivation in the simulated shallow sea,1000 m and 3000 m deep sea environments,is investigated.By interpreting the electrochemical kinetic parameters,it is found that the dominant cathodic process becomes hydrogen evolution in simulated deep sea environments,but the reduction rate is restrained by high hydrostatic pressure,which arrests the passivation of the alloy.Assisted by X-ray photoelectron spectroscopy analysis,it is found that the passive film mainly consists of titanium oxides.There are intermediate oxides with non-stoichiometric ratio involved in the film formation due to the low dissolved oxygen concentration and low temperature.The results of Mott-Schottky and electrochemical impedance show that the film has n-type semiconducting property with oxygen vacancies as the main point defects.The anti-corrosion performance in simulated deep sea environments is one order of magnitude lower than that in the simulated shallow sea environment.However,from 1000 to 3000 m,the corrosion resistance is reduced very slightly.In the inner layers of the passive film and the passive film formed in simulated deep sea environments,the proportion of lowvalence titanium oxides is relatively high.The doping of low-valence titanium(Ti(Ⅱ) or Ti(Ⅲ)) results in a porous structure and ion permeability of the passive film,as well as relatively low corro sion resistance.     

基于深海环境的电液比例压力阀稳态特性研究

介绍一种应用于深海液压源控制的电液比例压力阀的组成结构和工作原理,建立压力阀深海环境下的稳态控制数学模型,通过试验研究获得不同环境压力下压力阀的控制特性曲线,结果表明与理论分析结果基本吻合,进而说明了模型的合理性及压力阀对深海环境具有很好的适应性.     

深海环境碳钢的腐蚀与防护

深海工程腐蚀防护技术对深海油气田开发进展的影响日益凸显。综述了海水溶解氧浓度、温度、压力、盐度、流速、生物环境等多种因素对深海金属材料腐蚀的影响,结合不同水深条件下含氧量对碳钢材料腐蚀的实际为基础,总结了采用有机涂层和阴极保护两大深海碳钢材料的腐蚀防护措施。     

基于灰色系统的深水采油树腐蚀可靠性设计

深水采油树长期置于深海中,内外常年受到海水和油气的腐蚀以及巨大的海水压力.深水采油树上各种阀门厚度腐蚀减小到一定值无法承受巨大水压的时候,就可能泄漏,因此其主要的失效形式是腐蚀.根据灰色系统理论给出了灰色GM(1,1)模型,通过实例进行数据分析拟合,递推腐蚀量的变化规律,从而实现对深水采油树抗腐蚀可靠性设计.