SA508钢表面临界热流密度强化试验研究
发布时间：2021-07-28 23:14
利用"冷喷涂"多孔涂层制备技术,在反应堆压力容器真实材料SA508Gr3碳钢试验件表面制备了微米尺度多孔涂层。通过可旋转实验装置,在常压下开展了下朝向不同角度条件下池沸腾SA508钢试验件光表面、冷喷涂涂层表面的临界热流密度（CHF）试验研究,获得了2种表面在不同倾角下的沸腾冷却曲线。试验结果表明,随着倾角的增加,CHF增加;采用涂层表面的CHF始终高于光表面的CHF,CHF强化至少在25%以上;在多次加热和冷却循环后,多孔涂层表面保持足够的强度和稳定性。
【文章来源】：核动力工程. 2020,41(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
试验装置图Fig.1SchematicDiagramofTestDevice①—视窗；②—电加热器；③—加热铜块；④—试验件；⑤—加
32核动力工程Vol.41.No.5.2020图2实验流程图Fig.2DetailedQuenchingProcedure法。热电偶孔机械加工的不确定度为±0.02mm，K型热电偶的不确定度为±0.5℃。因此，热流密度计算的总不确定度约为7%。2多孔涂层制备技术冷喷涂技术的工作原理如图3所示，与传统的热喷涂相比，由于冷喷涂的工作温度远低于热喷涂工作温度，因而具备很多优点：喷涂加工时喷涂材料不易被氧化；涂层内的层间应力低；涂层较致密，孔隙率可以根据需要进行调整；喷涂材料利用率高，且材料粉末可以回收利用；可作为喷涂粒子的材料种类多[15-16]。本文中，采用氮气作为喷涂高压气体，工作温度和压力分别为450℃和2.5MPa，喷涂速度为400m/s。在上述参数条件下，SA508钢基底的温度不超过75℃，从而有效降低了高温对材料表面的热影响。喷涂过程中选用高导热系数和耐腐蚀性良好的金属钛粉末作为涂层材料，涂层厚度约300μm，孔隙率25%左右。图4所示即为涂层图4涂层表面电子显微镜示意图Fig.4MicroscopicImageofCoatedSurface表面的电子显微镜截面示意图，其中，黑色部分为多孔涂层的孔穴，白色部分为钛粉末。3结果与讨论SA508钢光表面和涂层表面在不同倾角下的冷却曲线分别如图5和图6所示。淬火实验过程中，不同角度工况下的初始温度虽然不完全一致，但是试验件温度均被加热到最低膜态沸腾温度300℃以上，因此对CHF值并无影响。温度随时间的变化关系反映出了完整的膜态沸腾、过渡沸腾、CHF以及核态沸腾的物理过程。CHF发生在图5和图6中冷却曲线斜率最大位置处，且随着倾角的增加而增加。相应的冷却
备很多优点：喷涂加工时喷涂材料不易被氧化；涂层内的层间应力低；涂层较致密，孔隙率可以根据需要进行调整；喷涂材料利用率高，且材料粉末可以回收利用；可作为喷涂粒子的材料种类多[15-16]。本文中，采用氮气作为喷涂高压气体，工作温度和压力分别为450℃和2.5MPa，喷涂速度为400m/s。在上述参数条件下，SA508钢基底的温度不超过75℃，从而有效降低了高温对材料表面的热影响。喷涂过程中选用高导热系数和耐腐蚀性良好的金属钛粉末作为涂层材料，涂层厚度约300μm，孔隙率25%左右。图4所示即为涂层图4涂层表面电子显微镜示意图Fig.4MicroscopicImageofCoatedSurface表面的电子显微镜截面示意图，其中，黑色部分为多孔涂层的孔穴，白色部分为钛粉末。3结果与讨论SA508钢光表面和涂层表面在不同倾角下的冷却曲线分别如图5和图6所示。淬火实验过程中，不同角度工况下的初始温度虽然不完全一致，但是试验件温度均被加热到最低膜态沸腾温度300℃以上，因此对CHF值并无影响。温度随时间的变化关系反映出了完整的膜态沸腾、过渡沸腾、CHF以及核态沸腾的物理过程。CHF发生在图5和图6中冷却曲线斜率最大位置处，且随着倾角的增加而增加。相应的冷却时间随着倾角的增加而降低。对比图5和图6可以发现，带有涂层表面的冷却速率要高于光表面的冷却速率，这也意味着在相同倾角下涂层表面的CHF要高于光表面的CHF。以90°倾角为例，光表面的冷却曲线中膜态沸腾持续到了120s左右，而对于涂层表面的冷却曲线，在120s时已经进入了核态沸腾阶段，如图7所示。在图7中，无量纲参数T/Tc被引入以便于描述
【参考文献】：
期刊论文
[1]表面改性紫铜方柱阵列的池沸腾传热特性[J]. 牟帅,胡冠西,徐治国,赵长颖. 中国科技论文. 2018(18)
[2]真实表面材料及其老化效应对反应堆压力容器ERVC-CHF影响的试验研究[J]. 陆维,胡腾,赵宇峰,杨胜,常华健. 原子能科学技术. 2016(10)
[3]压水堆核电厂反应堆压力容器老化管理[J]. 罗强,徐祺,赵继松,任黎平,陈勇,马娜. 核动力工程. 2012(S2)
[4]冷喷涂技术的研究现状及在航空工业领域内的应用[J]. 石仲川,刘德鑫,张晓云,陆峰. 材料导报. 2012(17)
[5]中国冷喷涂研究进展[J]. 李长久. 中国表面工程. 2009(04)
[6]压水堆核电厂严重事故下堆腔注水措施研究[J]. 武铃珺,郭丁情,曹学武. 原子能科学技术. 2009(01)
[7]高速冷喷涂技术及发展[J]. 赵民,陈卓君. 机械工程师. 2006(12)
硕士论文
[1]冷喷涂铜合金涂层制备工艺及其防护性能研究[D]. 肖正涛.中国海洋大学 2011
本文编号：3308837
【文章来源】：核动力工程. 2020,41(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
试验装置图Fig.1SchematicDiagramofTestDevice①—视窗；②—电加热器；③—加热铜块；④—试验件；⑤—加
32核动力工程Vol.41.No.5.2020图2实验流程图Fig.2DetailedQuenchingProcedure法。热电偶孔机械加工的不确定度为±0.02mm，K型热电偶的不确定度为±0.5℃。因此，热流密度计算的总不确定度约为7%。2多孔涂层制备技术冷喷涂技术的工作原理如图3所示，与传统的热喷涂相比，由于冷喷涂的工作温度远低于热喷涂工作温度，因而具备很多优点：喷涂加工时喷涂材料不易被氧化；涂层内的层间应力低；涂层较致密，孔隙率可以根据需要进行调整；喷涂材料利用率高，且材料粉末可以回收利用；可作为喷涂粒子的材料种类多[15-16]。本文中，采用氮气作为喷涂高压气体，工作温度和压力分别为450℃和2.5MPa，喷涂速度为400m/s。在上述参数条件下，SA508钢基底的温度不超过75℃，从而有效降低了高温对材料表面的热影响。喷涂过程中选用高导热系数和耐腐蚀性良好的金属钛粉末作为涂层材料，涂层厚度约300μm，孔隙率25%左右。图4所示即为涂层图4涂层表面电子显微镜示意图Fig.4MicroscopicImageofCoatedSurface表面的电子显微镜截面示意图，其中，黑色部分为多孔涂层的孔穴，白色部分为钛粉末。3结果与讨论SA508钢光表面和涂层表面在不同倾角下的冷却曲线分别如图5和图6所示。淬火实验过程中，不同角度工况下的初始温度虽然不完全一致，但是试验件温度均被加热到最低膜态沸腾温度300℃以上，因此对CHF值并无影响。温度随时间的变化关系反映出了完整的膜态沸腾、过渡沸腾、CHF以及核态沸腾的物理过程。CHF发生在图5和图6中冷却曲线斜率最大位置处，且随着倾角的增加而增加。相应的冷却
备很多优点：喷涂加工时喷涂材料不易被氧化；涂层内的层间应力低；涂层较致密，孔隙率可以根据需要进行调整；喷涂材料利用率高，且材料粉末可以回收利用；可作为喷涂粒子的材料种类多[15-16]。本文中，采用氮气作为喷涂高压气体，工作温度和压力分别为450℃和2.5MPa，喷涂速度为400m/s。在上述参数条件下，SA508钢基底的温度不超过75℃，从而有效降低了高温对材料表面的热影响。喷涂过程中选用高导热系数和耐腐蚀性良好的金属钛粉末作为涂层材料，涂层厚度约300μm，孔隙率25%左右。图4所示即为涂层图4涂层表面电子显微镜示意图Fig.4MicroscopicImageofCoatedSurface表面的电子显微镜截面示意图，其中，黑色部分为多孔涂层的孔穴，白色部分为钛粉末。3结果与讨论SA508钢光表面和涂层表面在不同倾角下的冷却曲线分别如图5和图6所示。淬火实验过程中，不同角度工况下的初始温度虽然不完全一致，但是试验件温度均被加热到最低膜态沸腾温度300℃以上，因此对CHF值并无影响。温度随时间的变化关系反映出了完整的膜态沸腾、过渡沸腾、CHF以及核态沸腾的物理过程。CHF发生在图5和图6中冷却曲线斜率最大位置处，且随着倾角的增加而增加。相应的冷却时间随着倾角的增加而降低。对比图5和图6可以发现，带有涂层表面的冷却速率要高于光表面的冷却速率，这也意味着在相同倾角下涂层表面的CHF要高于光表面的CHF。以90°倾角为例，光表面的冷却曲线中膜态沸腾持续到了120s左右，而对于涂层表面的冷却曲线，在120s时已经进入了核态沸腾阶段，如图7所示。在图7中，无量纲参数T/Tc被引入以便于描述
【参考文献】：
期刊论文
[1]表面改性紫铜方柱阵列的池沸腾传热特性[J]. 牟帅,胡冠西,徐治国,赵长颖. 中国科技论文. 2018(18)
[2]真实表面材料及其老化效应对反应堆压力容器ERVC-CHF影响的试验研究[J]. 陆维,胡腾,赵宇峰,杨胜,常华健. 原子能科学技术. 2016(10)
[3]压水堆核电厂反应堆压力容器老化管理[J]. 罗强,徐祺,赵继松,任黎平,陈勇,马娜. 核动力工程. 2012(S2)
[4]冷喷涂技术的研究现状及在航空工业领域内的应用[J]. 石仲川,刘德鑫,张晓云,陆峰. 材料导报. 2012(17)
[5]中国冷喷涂研究进展[J]. 李长久. 中国表面工程. 2009(04)
[6]压水堆核电厂严重事故下堆腔注水措施研究[J]. 武铃珺,郭丁情,曹学武. 原子能科学技术. 2009(01)
[7]高速冷喷涂技术及发展[J]. 赵民,陈卓君. 机械工程师. 2006(12)
硕士论文
[1]冷喷涂铜合金涂层制备工艺及其防护性能研究[D]. 肖正涛.中国海洋大学 2011
本文编号：3308837
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3308837.html
