柱塞工作表面冷喷涂涂层腐蚀与磨损特性研究
发布时间：2021-09-11 20:10
柱塞泵广泛地应用在液压动力系统中,核心部件柱塞的防护至关重要。在含有大量腐蚀介质和生物的海洋工作环境中,柱塞外表面与柱塞缸内壁之间组成的摩擦副会造成严重的摩擦磨损,同时柱塞外表面会发生电化学腐蚀以及生物污损,这会造成柱塞的损坏和柱塞泵内液体的漏失,影响柱塞工作效率和使用寿命。基于阅读大量相关的防腐耐磨涂层和表面加工方式的文献,最终确定采用冷喷涂技术制备Zn65Al15Mg5ZnO15和Zn45Al35Mg5ZnO15两种复合涂层。从分析涂层原料金属粉末颗粒的物理特性入手,发现金属粉末颗粒机械混合均匀且球形度高,这样更有利于冷喷涂涂层的沉积。利用冷喷涂技术制备Zn65Al15Mg5ZnO15和Zn45Al35Mg5ZnO15两种复合涂层样品,并测定了涂层的厚度、硬度等物理特性。使用扫描电子显微镜（SEM）对涂层的微观组织形貌进行观察分析,并且使用能量色散光谱图（EDS）表征复合涂层的元素。发现冷喷涂制备的复合涂层组织形貌致密没有孔洞和裂缝,粉末涂料混合均匀。两种复合涂层耐腐蚀特性通过中性盐雾试验（NSS）和电化学工作站试验分析,数据显示两种复合涂层都具有良好的耐腐蚀特性,可以有效地保护基...
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
热喷涂工作图
柱塞工作表面冷喷涂涂层腐蚀与磨损特性研究21.2柱塞表面的失效形式柱塞在海洋环境中工作时，柱塞表面主要的失效形式主要有：磨损失效、腐蚀失效和腐蚀磨损失效。1.2.1磨损失效在海洋工作环境中，柱塞表面主要的磨损失效形式是磨粒磨损失效。海水中掺杂着大量的沙粒等硬质颗粒（尤其是浪花飞溅区），柱塞外表面与柱塞缸体内壁组成的摩擦副相对运动工作时，混入其中的沙粒等硬质颗粒会在柱塞外表面造成划痕、磨伤等问题，长时间工作后磨损行为会十分明显，特别是棱角分明的硬质颗粒在摩擦力的作用下对柱塞表面切削，对柱塞外表面破坏尤为显著。如图1.2是磨粒磨损原理示意图，磨粒在外力作用下在被磨材料表面发生相对位移，使得被磨材料表面的材料推挤变形且出现犁沟，长时间的磨粒磨损造成被磨材料表面严重的损坏。图1.2磨粒磨损原理示意图1.2.2腐蚀失效柱塞泵工作在海洋环境中，柱塞表面会发生严重的腐蚀和生物污损。海洋腐蚀环境和海洋生物对金属材料的腐蚀和污损严重影响了其在海洋环境中的使用，如图1.3是海洋腐蚀失效实物图。海水中含有大量氯离子（NaCl-，MgCl2-），黄海盐度高达32%（盐度为1000g海水中总盐类物质克数）。实验表明：盐浓度达0.5mol/L即产生严重腐蚀破坏作用（主要是氯离子对金属材料的氧化膜有严重腐蚀破坏），导致产生的孔蚀加剧腐蚀[5-7]。即会使柱塞发生严重的局部腐蚀破坏，导致整个柱塞泵承载能力大幅度降低，寿命急剧缩减，影响安全生产，甚至导致设施提前报废。
济南大学硕士学位论文3生物污损是指海洋环境中有机体或附着生物（细菌膜、微型生物粘膜、生物群落）在附着、生长、繁殖、代谢、死亡等过程中直接或间接对金属的污染和损坏作用[8]。生物代谢过程中产生的O2、H2S、NH3、SO2、CO2以及无机矿物会改变金属基体表面的微环境并改变金属界面的电化学过程[9,10]。一方面，污损生物会改变金属表面的局部供氧，形成氧浓差电池[11]，使金属的腐蚀加剧；另一方面，生物膜的存在将影响基体的钝化行为，加剧腐蚀恶化[12,13]。图1.3海洋金属腐蚀失效实物图1.2.3腐蚀磨损失效在含有大量Cl-等离子的海洋环境中，柱塞工作时经常与之直接接触。柱塞基体的主要成分是结构钢，当与Cl-等离子接触时会发生氧化还原反应，导致柱塞表面会发生腐蚀现象，腐蚀的同时也会出现沙粒的磨损，在长时间的腐蚀和磨损共同作用下，柱塞表面腐蚀磨损严重，会加剧柱塞表面的破坏，比如造成柱塞表面的穿孔如图1.4，进而缩短柱塞的使用寿命。图1.4腐蚀磨损造成的穿孔
【参考文献】：
期刊论文
[1]TiO2/ZnO复合微球的制备及其光催化性能研究[J]. 徐志兵,张鹏飞,刘念,李静诚,陈旭东. 人工晶体学报. 2020(01)
[2]纳米ZnO的形貌特征及其光催化性能[J]. 胥伟航,胡丽玲,张锐博,苏开禹,李文魁,艾建平. 江西科技师范大学学报. 2019(06)
[3]海洋浪花飞溅区钢结构的防腐蚀措施[J]. 何文华. 装备维修技术. 2019(02)
[4]Corrosion performance of Al–Al2O3 cold sprayed coatings on mild carbon steel pipe under thermal insulation[J]. Xiaomin Bai,Jianqun Tang,Jianming Gong,Xiaoliang Lü. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2017(04)
[5]冷喷涂纯铝涂层耐腐蚀性能研究[J]. 陈东,李忠盛,吴护林,丛大龙. 表面技术. 2016(12)
[6]冷喷涂制备防腐涂层研究现状[J]. 卢静,王光华,黄乐之,刘东华,闵小兵. 表面技术. 2016(09)
[7]海洋浪溅区钢结构的腐蚀与防护研究进展[J]. 张晓丽,吕平,梁龙强,杨阳,冯艳珠. 上海涂料. 2016(04)
[8]基于BP神经网络的多变量海水环境中冷喷涂铜复合防腐防污涂层的铜渗出率预测系统[J]. 丁锐,蒋健明,桂泰江,李相波. 中国涂料. 2016(06)
[9]超音速激光沉积WC/SS316L复合涂层微观结构及磨损性能研究[J]. 李波,李鹏辉,张群莉,陈智君,董刚,姚建华. 电加工与模具. 2016(01)
[10]冷喷涂颗粒临界速度研究[J]. 杨阳,郝仪,孔令艳,崔新宇,吴杰,李铁藩,熊天英. 热喷涂技术. 2015(04)
博士论文
[1]冷喷涂铜复合涂层制备技术及其防腐防污性能研究[D]. 丁锐.中国海洋大学 2014
[2]阳极氧化预处理铝基体新型涂层的制备及其海洋防腐防污功能的研究[D]. 刘通.中国海洋大学 2011
[3]金属基体超疏水表面的制备及其海洋防腐防污功能的研究[D]. 刘涛.中国海洋大学 2009
[4]铝合金和钛合金在雨水/海水环境下的腐蚀与磨损交互作用研究[D]. 丁红燕.南京航空航天大学 2007
硕士论文
[1]柱塞泵活塞工作表面激光熔覆涂层耐磨耐蚀性能研究[D]. 管永浩.济南大学 2017
[2]基于船舶压载舱防腐的冷喷涂锌铝涂层制备及性能研究[D]. 邢龙森.集美大学 2017
[3]海洋污损生物环境下钙质层对Q235碳钢腐蚀行为影响研究[D]. 汪江伟.中国海洋大学 2015
[4]Ni-P/（TiO2/ZnO）复合材料制备及性能研究[D]. 徐兴明.中国海洋大学 2012
[5]冷喷涂铝及铝锌涂层海洋大气腐蚀行为研究[D]. 王凯.山东大学 2011
[6]氧化亚铜的制备、表征及其氧化动力学[D]. 于振花.中国海洋大学 2005
本文编号：3393643
【文章来源】：济南大学山东省
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
热喷涂工作图
柱塞工作表面冷喷涂涂层腐蚀与磨损特性研究21.2柱塞表面的失效形式柱塞在海洋环境中工作时，柱塞表面主要的失效形式主要有：磨损失效、腐蚀失效和腐蚀磨损失效。1.2.1磨损失效在海洋工作环境中，柱塞表面主要的磨损失效形式是磨粒磨损失效。海水中掺杂着大量的沙粒等硬质颗粒（尤其是浪花飞溅区），柱塞外表面与柱塞缸体内壁组成的摩擦副相对运动工作时，混入其中的沙粒等硬质颗粒会在柱塞外表面造成划痕、磨伤等问题，长时间工作后磨损行为会十分明显，特别是棱角分明的硬质颗粒在摩擦力的作用下对柱塞表面切削，对柱塞外表面破坏尤为显著。如图1.2是磨粒磨损原理示意图，磨粒在外力作用下在被磨材料表面发生相对位移，使得被磨材料表面的材料推挤变形且出现犁沟，长时间的磨粒磨损造成被磨材料表面严重的损坏。图1.2磨粒磨损原理示意图1.2.2腐蚀失效柱塞泵工作在海洋环境中，柱塞表面会发生严重的腐蚀和生物污损。海洋腐蚀环境和海洋生物对金属材料的腐蚀和污损严重影响了其在海洋环境中的使用，如图1.3是海洋腐蚀失效实物图。海水中含有大量氯离子（NaCl-，MgCl2-），黄海盐度高达32%（盐度为1000g海水中总盐类物质克数）。实验表明：盐浓度达0.5mol/L即产生严重腐蚀破坏作用（主要是氯离子对金属材料的氧化膜有严重腐蚀破坏），导致产生的孔蚀加剧腐蚀[5-7]。即会使柱塞发生严重的局部腐蚀破坏，导致整个柱塞泵承载能力大幅度降低，寿命急剧缩减，影响安全生产，甚至导致设施提前报废。
济南大学硕士学位论文3生物污损是指海洋环境中有机体或附着生物（细菌膜、微型生物粘膜、生物群落）在附着、生长、繁殖、代谢、死亡等过程中直接或间接对金属的污染和损坏作用[8]。生物代谢过程中产生的O2、H2S、NH3、SO2、CO2以及无机矿物会改变金属基体表面的微环境并改变金属界面的电化学过程[9,10]。一方面，污损生物会改变金属表面的局部供氧，形成氧浓差电池[11]，使金属的腐蚀加剧；另一方面，生物膜的存在将影响基体的钝化行为，加剧腐蚀恶化[12,13]。图1.3海洋金属腐蚀失效实物图1.2.3腐蚀磨损失效在含有大量Cl-等离子的海洋环境中，柱塞工作时经常与之直接接触。柱塞基体的主要成分是结构钢，当与Cl-等离子接触时会发生氧化还原反应，导致柱塞表面会发生腐蚀现象，腐蚀的同时也会出现沙粒的磨损，在长时间的腐蚀和磨损共同作用下，柱塞表面腐蚀磨损严重，会加剧柱塞表面的破坏，比如造成柱塞表面的穿孔如图1.4，进而缩短柱塞的使用寿命。图1.4腐蚀磨损造成的穿孔
【参考文献】：
期刊论文
[1]TiO2/ZnO复合微球的制备及其光催化性能研究[J]. 徐志兵,张鹏飞,刘念,李静诚,陈旭东. 人工晶体学报. 2020(01)
[2]纳米ZnO的形貌特征及其光催化性能[J]. 胥伟航,胡丽玲,张锐博,苏开禹,李文魁,艾建平. 江西科技师范大学学报. 2019(06)
[3]海洋浪花飞溅区钢结构的防腐蚀措施[J]. 何文华. 装备维修技术. 2019(02)
[4]Corrosion performance of Al–Al2O3 cold sprayed coatings on mild carbon steel pipe under thermal insulation[J]. Xiaomin Bai,Jianqun Tang,Jianming Gong,Xiaoliang Lü. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2017(04)
[5]冷喷涂纯铝涂层耐腐蚀性能研究[J]. 陈东,李忠盛,吴护林,丛大龙. 表面技术. 2016(12)
[6]冷喷涂制备防腐涂层研究现状[J]. 卢静,王光华,黄乐之,刘东华,闵小兵. 表面技术. 2016(09)
[7]海洋浪溅区钢结构的腐蚀与防护研究进展[J]. 张晓丽,吕平,梁龙强,杨阳,冯艳珠. 上海涂料. 2016(04)
[8]基于BP神经网络的多变量海水环境中冷喷涂铜复合防腐防污涂层的铜渗出率预测系统[J]. 丁锐,蒋健明,桂泰江,李相波. 中国涂料. 2016(06)
[9]超音速激光沉积WC/SS316L复合涂层微观结构及磨损性能研究[J]. 李波,李鹏辉,张群莉,陈智君,董刚,姚建华. 电加工与模具. 2016(01)
[10]冷喷涂颗粒临界速度研究[J]. 杨阳,郝仪,孔令艳,崔新宇,吴杰,李铁藩,熊天英. 热喷涂技术. 2015(04)
博士论文
[1]冷喷涂铜复合涂层制备技术及其防腐防污性能研究[D]. 丁锐.中国海洋大学 2014
[2]阳极氧化预处理铝基体新型涂层的制备及其海洋防腐防污功能的研究[D]. 刘通.中国海洋大学 2011
[3]金属基体超疏水表面的制备及其海洋防腐防污功能的研究[D]. 刘涛.中国海洋大学 2009
[4]铝合金和钛合金在雨水/海水环境下的腐蚀与磨损交互作用研究[D]. 丁红燕.南京航空航天大学 2007
硕士论文
[1]柱塞泵活塞工作表面激光熔覆涂层耐磨耐蚀性能研究[D]. 管永浩.济南大学 2017
[2]基于船舶压载舱防腐的冷喷涂锌铝涂层制备及性能研究[D]. 邢龙森.集美大学 2017
[3]海洋污损生物环境下钙质层对Q235碳钢腐蚀行为影响研究[D]. 汪江伟.中国海洋大学 2015
[4]Ni-P/（TiO2/ZnO）复合材料制备及性能研究[D]. 徐兴明.中国海洋大学 2012
[5]冷喷涂铝及铝锌涂层海洋大气腐蚀行为研究[D]. 王凯.山东大学 2011
[6]氧化亚铜的制备、表征及其氧化动力学[D]. 于振花.中国海洋大学 2005
本文编号：3393643
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