小口径不锈钢管内表面抗黏附机理及其制备技术研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cqcd1996
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小口径不锈钢管因其良好的抗腐蚀性能一直被广泛应用于医疗、食品、半导体及核工业等需要运输腐蚀性流体的领域中,而其内表面的抗液体黏附性能则是影响其输送效率、耐腐蚀性及传送流量精度的一个重要影响因素。然而,目前关于固体表面的液体黏附机理研究相对较少,并无法为管道内表面的制备提供有效的理论支持。同时,限于面向上述领域的不锈钢管具有的内径小及长径比大的特点,现有内表面加工制备技术并无法满足市场对不锈钢管日益增长的表面质量需求。因此,研究管道内表面液体黏附机理及其抗黏附管道内表面制备技术具有极其重要的理论与现实意义。为明确固体表面的液体黏附机理,本文通过对机加工表面的微观几何形貌进行分析与表征,提出了基于简化三角波表面轮廓模型的固-液-气三相系统热力学状态方程,并建立了固体表面液滴瞬时接触角与系统自由能关系模型,从而确定了影响固-液-气三相接触线动态移动过程的主要影响因素。同时,通过在具有各向异性特性的本征疏水高分子有机材料与本征亲水的金属材料表面上进行液滴的静态接触角测量实验,分别分析表面粗糙度与化学成分对平行与垂直纹理方向接触角的影响规律,以验证所建立的理论模型的正确性。最后,提出了表面轮廓沟槽导致的能量壁垒与化学成分影响的润湿状态是表面抗液体黏附能力的主要影响因素,为管道抗黏附内表面制备确定了研究方向。从降低固体表面能量壁垒角度出发,综合分析管道自身结构特点及现有管道内表面抛光工艺方法优缺点,最终采用电化学抛光方法对小口径管道内表面进行抛光处理。在分析电化学抛光材料去除机理的基础上,从装置总体机械结构、电解液加热、电解液循环、检测系统和装置数控系统五个方面进行了详细的结构设计与优化,最终自行搭建了面向小口径不锈钢管道内表面的电化学抛光装置。在此装置基础上,进行了电化学工艺参数对管道内表面抛光质量影响的实验研究。实验结果表明:与普通圆柱形工具电极相比,具有螺旋沟槽结构的工具电极有效的提高了管道内电解液的更新速度,提高了管道内表面的抛光质量;电流密度、工具电极转速、工具电极进给速度、电解液温度、电解液流速、加工间隙及加工时间对管道内表面的抛光质量均有较大的影响。最终,通过电化学工艺参数优化获得粗糙度值Rc为0.14μm的镜面级管道内表面。以上工作对固体表面抗黏附理论的发展做出了一定的理论贡献,实验研究结果可为抗黏附小口径不锈钢管道内表面的制备提供技术支持与理论指导。
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