铈盐转化膜对铝合金微通道换热器的腐蚀防护及寿命研究
发布时间：2022-02-13 15:56
铝合金微通道换热器作为一种低能耗高效率的换热设备,现已广泛应用于工业制冷、车载空调和家用空调等领域。微通道换热器在使用过程中长期经受制冷剂中氯离子等杂质侵蚀以及冷凝水浸泡等,面临着严重的腐蚀问题。铈盐转化膜属于一种绿色环保的表面保护膜层,本研究将铈盐转化膜应用于铝合金微通道换热器的表面防护,通过正交试验设计成膜液配方工艺,在3003铝合金表面制备铈盐转化膜,并对转化膜进行磷酸盐后处理。对制备的膜层进行了表面形貌结构观察和成分分析,探究了铈盐转化膜在铝合金表面的成膜过程;对转化膜的附着力、亲水性和结晶水含量等进行了测试与分析;针对微通道换热器主要面临的两种腐蚀环境,分别采用3.5%NaCl和0.03 g/L（NH4）2SO4两种溶液进行模拟,利用极化曲线和交流阻抗等电化学方法研究了铈盐转化膜在模拟溶液中的防腐蚀性能及其差异,并用浸泡实验考察了铈盐转化膜的使用寿命。论文的主要研究结论如下:（1）以微通道换热器所用的3003铝合金为基材,采用化学浸泡法制备铈盐转化膜。以硝酸铈为主盐,通过正交试验确定了成膜液中氧化剂、调节剂和偶联剂的含量,在铝合金表面制备了铈盐转化膜,膜层厚度约1.5μm。采...
【文章来源】：北京化工大学北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３－１铈盐转化膜表面照片??
第三章不同成膜液配方及磷酸盐后处理对转化膜结构与性能的影响??ｗ?Ｉ?ＭＭｉｌ?ｌｉｒａ?｜??（ａ）基础配方?（ｂ）改良配方??＿議??（Ｃ）磷酸盐后处理??图３－３铈盐转化膜表面ＳＥＭ照片??Ｆｉｇ．３－３?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｃｅｒｉｕｍ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｆｉｌｍ?ｓｕｒｆａｃｅ??（ａ）?ｃｏａｔｉｎｇ?ｂｙ?ｂａｓｉｃ?ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ?（ｂ）?ｃｏａｔｉｎｇ?ｂｙ?ｍｏｄｉｆｉｅｄ?ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ??（ｃ）?ｃｏａｔｉｎｇ?ａｆｔｅｒ?ｐｈｏｓｐｈａｔｅ?ｐｏｓｔ－ｔｒｅａｔｍｅｎｔ??对比图３－３?（ａ）?（ｂ）?（ｃ）可以看出，制备的铈盐转化膜表面存在明显的裂纹，三种??配方试样中基础配方试样裂纹较为明显，改良配方试样次之，磷酸盐后处理试样表面裂??纹最细。前人研宄表明通常裂纹是由于转化膜形成过程中膜层内应力和脱水造成的Ｐ，６６１。??基体在成膜液中很短时间（１?ｍｉｎ）浸泡即可形成肉眼可见的黄色转化膜层，本实验试样??在成膜液中浸泡时间较长（２５?ｍｉｎ），形成的转化膜较厚，使得其内应力增大，裂纹逐渐??变宽变深。据文献报导，成膜物质中含有结晶水（如Ｃｅ０２＿２Ｈ２０）也会导致膜层出现开??裂［５６］。另外，在基础配方试样表面可以观察到大量富铈颗粒团聚，膜层表面部分位置出??现脱落。而在改良成膜液配方形成的转化膜表面基本没有大规模团聚现象，进行磷酸盐??后处理的试样表面变得更为均匀平整，亦没有出现颗粒团聚现象。??２１??
１?００．００?程?５８ＳＣｔｓ?光标：－〇?１８６?（８?ｃｔｓ）?ｋｅＶ??Ｅｌｅｍｅｎｔ?Ｃｏｎｔｅｎｔ／ｗｔ．％?Ｃｏｎｔｅｎｔ／ａｔ．?％?細３??ＯＫ?２６．３４?６８．３４?（??ＡＩＫ?６．７１?１０．３２?〇ｅ??ＰＫ?１．４５?１．９４?ａ，?Ｃｅ??ＣｅＬ?６５．５１?１９．４１?■??０?２?４?６?８?１０??程?８３５?ｃｔｓ?光标：－０＿２９４?（０?ｃｔｓ）?ｋｅＶ??Ｔｏｔａｌ?１００．００??图３－４转化膜试样表面的ＥＤＳ谱图??Ｆｉｇ．３－４?ＥＤＳ?ｓｐｅｃｔｒｕｍ?ｏｆ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｃｏａｔｉｎｇ?ｓａｍｐｌｅｓ??三种配方转化膜在高倍率电镜下微观结构如图３－５所示。图３－５?（ａ）中基础配方试??样表面岛状区域上颗粒分布不均匀，呈现松散和团聚的形态。经过改良的成膜液配方试??样表面颗粒为球状，呈较为密集排布（图３－５?（ｂ））。改良配方经过磷酸盐后处理，表面??裂缝明显变窄变浅（图３－５?（ｃ））。??２２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]换热器常见腐蚀问题分析及防腐蚀探究[J]. 刘广厦. 中国石油和化工标准与质量. 2019(23)
[2]汽车发动机缸盖用铝合金的稀土转化工艺与膜层的腐蚀行为研究[J]. 刘玲,张复懿. 材料保护. 2019(08)
[3]微通道换热器CO2汽车空调系统性能仿真研究[J]. 张旭,吕静,王太晟,马逸平. 山东建筑大学学报. 2019(03)
[4]壳管式换热器铜管缝隙腐蚀失效分析[J]. 施清清,眭敏,甘立荣,黄树燕,杨明辉,谢标志. 制冷技术. 2019(02)
[5]我国腐蚀成本及其防控策略[J]. 侯保荣,路东柱. 中国科学院院刊. 2018(06)
[6]CO2微通道气冷器翅片结构对换热性能影响的模拟研究[J]. 赵琦昊,吕静,曹科. 热能动力工程. 2017(S1)
[7]Mg-9.95Li合金表面致密铈转化膜制备及耐蚀性研究[J]. 高晓辉,李玉峰,祝晶晶,景晓燕,张密林. 稀有金属材料与工程. 2017(05)
[8]微通道换热器的研究及应用现状[J]. 葛洋,姜未汀. 化工进展. 2016(S1)
[9]固定管板式换热器管束腐蚀失效分析[J]. 李玉艳,孔维荣. 石油化工腐蚀与防护. 2016(01)
[10]平行流换热器用铝合金多孔微通道扁管评述[J]. 伍波,李龙,周德敬. 轻合金加工技术. 2016(02)
本文编号：3623482
【文章来源】：北京化工大学北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：105 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３－１铈盐转化膜表面照片??
第三章不同成膜液配方及磷酸盐后处理对转化膜结构与性能的影响??ｗ?Ｉ?ＭＭｉｌ?ｌｉｒａ?｜??（ａ）基础配方?（ｂ）改良配方??＿議??（Ｃ）磷酸盐后处理??图３－３铈盐转化膜表面ＳＥＭ照片??Ｆｉｇ．３－３?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｃｅｒｉｕｍ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｆｉｌｍ?ｓｕｒｆａｃｅ??（ａ）?ｃｏａｔｉｎｇ?ｂｙ?ｂａｓｉｃ?ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ?（ｂ）?ｃｏａｔｉｎｇ?ｂｙ?ｍｏｄｉｆｉｅｄ?ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎ??（ｃ）?ｃｏａｔｉｎｇ?ａｆｔｅｒ?ｐｈｏｓｐｈａｔｅ?ｐｏｓｔ－ｔｒｅａｔｍｅｎｔ??对比图３－３?（ａ）?（ｂ）?（ｃ）可以看出，制备的铈盐转化膜表面存在明显的裂纹，三种??配方试样中基础配方试样裂纹较为明显，改良配方试样次之，磷酸盐后处理试样表面裂??纹最细。前人研宄表明通常裂纹是由于转化膜形成过程中膜层内应力和脱水造成的Ｐ，６６１。??基体在成膜液中很短时间（１?ｍｉｎ）浸泡即可形成肉眼可见的黄色转化膜层，本实验试样??在成膜液中浸泡时间较长（２５?ｍｉｎ），形成的转化膜较厚，使得其内应力增大，裂纹逐渐??变宽变深。据文献报导，成膜物质中含有结晶水（如Ｃｅ０２＿２Ｈ２０）也会导致膜层出现开??裂［５６］。另外，在基础配方试样表面可以观察到大量富铈颗粒团聚，膜层表面部分位置出??现脱落。而在改良成膜液配方形成的转化膜表面基本没有大规模团聚现象，进行磷酸盐??后处理的试样表面变得更为均匀平整，亦没有出现颗粒团聚现象。??２１??
１?００．００?程?５８ＳＣｔｓ?光标：－〇?１８６?（８?ｃｔｓ）?ｋｅＶ??Ｅｌｅｍｅｎｔ?Ｃｏｎｔｅｎｔ／ｗｔ．％?Ｃｏｎｔｅｎｔ／ａｔ．?％?細３??ＯＫ?２６．３４?６８．３４?（??ＡＩＫ?６．７１?１０．３２?〇ｅ??ＰＫ?１．４５?１．９４?ａ，?Ｃｅ??ＣｅＬ?６５．５１?１９．４１?■??０?２?４?６?８?１０??程?８３５?ｃｔｓ?光标：－０＿２９４?（０?ｃｔｓ）?ｋｅＶ??Ｔｏｔａｌ?１００．００??图３－４转化膜试样表面的ＥＤＳ谱图??Ｆｉｇ．３－４?ＥＤＳ?ｓｐｅｃｔｒｕｍ?ｏｆ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｃｏａｔｉｎｇ?ｓａｍｐｌｅｓ??三种配方转化膜在高倍率电镜下微观结构如图３－５所示。图３－５?（ａ）中基础配方试??样表面岛状区域上颗粒分布不均匀，呈现松散和团聚的形态。经过改良的成膜液配方试??样表面颗粒为球状，呈较为密集排布（图３－５?（ｂ））。改良配方经过磷酸盐后处理，表面??裂缝明显变窄变浅（图３－５?（ｃ））。??２２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]换热器常见腐蚀问题分析及防腐蚀探究[J]. 刘广厦. 中国石油和化工标准与质量. 2019(23)
[2]汽车发动机缸盖用铝合金的稀土转化工艺与膜层的腐蚀行为研究[J]. 刘玲,张复懿. 材料保护. 2019(08)
[3]微通道换热器CO2汽车空调系统性能仿真研究[J]. 张旭,吕静,王太晟,马逸平. 山东建筑大学学报. 2019(03)
[4]壳管式换热器铜管缝隙腐蚀失效分析[J]. 施清清,眭敏,甘立荣,黄树燕,杨明辉,谢标志. 制冷技术. 2019(02)
[5]我国腐蚀成本及其防控策略[J]. 侯保荣,路东柱. 中国科学院院刊. 2018(06)
[6]CO2微通道气冷器翅片结构对换热性能影响的模拟研究[J]. 赵琦昊,吕静,曹科. 热能动力工程. 2017(S1)
[7]Mg-9.95Li合金表面致密铈转化膜制备及耐蚀性研究[J]. 高晓辉,李玉峰,祝晶晶,景晓燕,张密林. 稀有金属材料与工程. 2017(05)
[8]微通道换热器的研究及应用现状[J]. 葛洋,姜未汀. 化工进展. 2016(S1)
[9]固定管板式换热器管束腐蚀失效分析[J]. 李玉艳,孔维荣. 石油化工腐蚀与防护. 2016(01)
[10]平行流换热器用铝合金多孔微通道扁管评述[J]. 伍波,李龙,周德敬. 轻合金加工技术. 2016(02)
本文编号：3623482
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