小口径不锈钢管内表面抗黏附机理及其制备技术研究

发布时间：2017-10-08 09:14

  本文关键词：小口径不锈钢管内表面抗黏附机理及其制备技术研究

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【摘要】：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。
【关键词】：抗黏附 电化学抛光 不锈钢管 润湿性 粗糙度 接触角
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG142.71
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-23
• 1.1 课题背景及其研究意义10-11
• 1.2 固体表面润湿机理及其研究现状11-15
• 1.2.1 接触角与Young's方程11-12
• 1.2.2 Wenzel模型12-13
• 1.2.3 Cassie-Baxter模型13-14
• 1.2.4 Young-Dupre公式—固液界面黏附功理论14-15
• 1.3 小口径管道内表面抛光技术研究现状15-21
• 1.3.1 机械珩磨光整技术16-17
• 1.3.2 磁流变光整技术17-18
• 1.3.3 磨粒流抛光技术18-19
• 1.3.4 电化学抛光技术19-20
• 1.3.5 电化学机械抛光技术20-21
• 1.4 课题研究意义21-22
• 1.5 研究内容与研究路线22-23
• 2 固液黏附理论模型建立与验证23-39
• 2.1 管道内表面的截面轮廓分析与表征23-24
• 2.2 热力学分析与模型建立24-27
• 2.3 验证性润湿实验27-31
• 2.3.1 实验材料选择与试样制备27-28
• 2.3.2 粗糙度测量28-30
• 2.3.3 接触角测量30-31
• 2.4 实验结果与讨论31-38
• 2.4.1 静态接触角测量结果31-35
• 2.4.2 模型分析与实验对比35-38
• 2.5 本章小结38-39
• 3 电化学抛光机理39-49
• 3.1 电化学抛光基本原理39-42
• 3.2 电化学抛光表面粗糙度形成机理42-43
• 3.2.1 侵蚀42
• 3.2.2 抛光42-43
• 3.2.3 斑点腐蚀43
• 3.3 电化学抛光工艺特点43-44
• 3.4 抛光质量的主要影响因素44-48
• 3.4.1 电解液影响44-45
• 3.4.2 工艺参数影响45-48
• 3.5 本章小结48-49
• 4 小口径不锈钢管内表面抛光装置设计与加工49-66
• 4.1 小口径管道内表面抛光实验装置设计方案49-53
• 4.1.1 小口径管道内表面抛光实验装置方案的论证49-52
• 4.1.2 技术要求52-53
• 4.2 小口径管道内表面电化学抛光装置设计53-63
• 4.2.1 加工装置主体的总体结构设计53-58
• 4.2.2 电解液加热与循环系统设计58-59
• 4.2.3 检测系统及数控系统设计59-63
• 4.4 实验用小口径管道内表面电化学抛光装置的搭建63-65
• 4.5 本章小结65-66
• 5 小口径不锈钢管内表面电化学制备实验研究66-82
• 5.1 实验方案与步骤66-68
• 5.1.1 实验材料与设备66-67
• 5.1.2 实验步骤67-68
• 5.2 工艺参数影响实验研究68-81
• 5.2.1 工具电极结构68-70
• 5.2.2 电流密度70-72
• 5.2.3 工具电极转速72-74
• 5.2.4 工具电极进给速度74-76
• 5.2.5 电解液温度76-77
• 5.2.6 电解液流速77-78
• 5.2.7 加工间隙78-80
• 5.2.8 加工时间80-81
• 5.4 本章小结81-82
• 6 结论与展望82-84
• 6.1 本文主要研究结论82-83
• 6.2 存在问题与改进措施83-84
• 参考文献84-88
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况88-89
• 致谢89-90

【共引文献】

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本文编号：993184