泥浆泵关键部件表面多场耦合电沉积Ni-TiN纳米镀层机理及性能研究

发布时间：2021-03-30 21:28

　　泥浆泵是钻探设备的重要组成部分,它是钻探过程中用来向井筒输送泥浆或水等冲洗液的动力设备。钻井泥浆泵的工作环境极其恶劣,常用来输送高含砂量、高黏度、具有腐蚀性的钻井液,故长期受到大载荷扭矩、泥浆液高压冲蚀及其腐蚀、硬质颗粒磨损作用。因此,泥浆泵的缸套、活塞、气阀以及曲轴等关键部件常发生磨损、漏失、腐蚀等故障。故如何提高泥浆泵关键部件表面性能,已成为当前石油开采亟需解决的关键问题之一。金属基复合镀层是一类以被沉积金属为连续相,第二相强化粒子为分散相的一种复合材料。它可通过电沉积方法将一种或多种强化粒子镶嵌于金属镀层中,从而形成金属基复合镀层,该镀层结构成分主要包括阴极表面被还原的金属以及第二相强化粒子。纳米镀层是由纳米级第二相粒子（如SiC、TiN、Al₂O₃等）镶嵌于基体金属中形成的纳米材料。纳米镀层中存在大量的第二相强化粒子,而这些粒子自身具有一些优异的性能,使得纳米镀层具有一定的物理或化学特性。将具有高硬度、高强度、良好耐磨和耐腐蚀性的Ni-TiN纳米镀层沉积到泥浆泵关键部件表面,可显著提高泥浆泵关键部件的表面综合性能。然而,在制备Ni-T... 

【文章来源】：东北石油大学黑龙江省

【文章页数】：110 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
创新点摘要
第一章 绪论
    1.1 选题的科学依据
        1.1.1 课题的提出
        1.1.2 课题的来源
        1.1.3 课题的研究背景
    1.2 纳米材料发展状况
        1.2.1 纳米材料的发展历史及现状
        1.2.2 纳米材料的特点
        1.2.3 纳米材料的制备方法
        1.2.4 纳米材料的应用
    1.3 纳米复合材料发展状况
        1.3.1 纳米复合材料的定义
        1.3.2 纳米复合材料的特性
        1.3.3 纳米复合材料的应用
    1.4 纳米镀层发展状况
        1.4.1 纳米镀层的研究现状
        1.4.2 纳米镀层的制备方法
        1.4.3 纳米镀层的沉积机理
        1.4.4 纳米镀层的沉积模型
    1.5 泥浆泵发展状况
        1.5.1 泥浆泵简介及其工作原理
        1.5.2 泥浆泵的研究现状
        1.5.3 泥浆泵关键部件的失效形式
        1.5.4 泥浆泵关键部件的修复方法
    1.6 论文选题目的及主要研究内容
        1.6.1 本文选题目的
        1.6.2 本文主要内容
第二章 Ni-TiN纳米镀层的制备工艺及表征方法
    2.1 引言
    2.2 Ni-TiN纳米镀层制备方法
        2.2.1 Ni-TiN纳米镀层的沉积方法
        2.2.2 基体材料的选择
        2.2.3 基质金属的选择
        2.2.4 纳米粒子的选择
    2.3 化学试剂及仪器
        2.3.1 试验所需化学药品
        2.3.2 Ni-TiN纳米镀层复合镀液的配置
        2.3.3 复合镀液配置过程
        2.3.4 制备Ni-TiN纳米镀层的工艺流程
    2.4 Ni-TiN纳米镀层的表征及其性能测试方法
        2.4.1 Ni-TiN纳米镀层的组织形貌表征
        2.4.2 Ni-TiN纳米镀层中纳米粒子复合量测定
        2.4.3 Ni-TiN纳米镀层显微硬度测试
        2.4.4 Ni-TiN纳米镀层耐磨性能测试
        2.4.5 Ni-TiN纳米镀层的耐腐蚀性能测试
    2.5 本章小结
第三章 工艺参数对多场耦合沉积Ni-TiN纳米镀层性能影响
    3.1 引言
    3.2 多场耦合沉积Ni-TiN纳米镀层机理研究
        3.2.1 多场耦合沉积Ni-TiN纳米镀层的沉积过程
        3.2.2 多场耦合沉积Ni-TiN纳米镀层的沉积机理
    3.3 工艺参数对多场耦合沉积Ni-TiN纳米镀层性能的影响
        3.3.1 TiN纳米粒子浓度对Ni-TiN纳米镀层性能的影响
        3.3.2 阴极电流密度对Ni-TiN纳米镀层性能的影响
        3.3.3 脉冲占空比对Ni-TiN纳米镀层性能的影响
        3.3.4 超声波功率对Ni-TiN纳米镀层性能的影响
        3.3.5 pH值对Ni-TiN纳米镀层性能的影响
        3.3.6 表面活性剂对Ni-TiN纳米镀层性能的影响
        3.3.7 磁场强度对Ni-TiN纳米镀层性能的影响
    3.4 多场耦合沉积Ni-TiN纳米镀层工艺参数优化
        3.4.1 正交试验方案设计
        3.4.2 正交试验结果
        3.4.3 正交试验结果分析
    3.5 本章小结
第四章 Ni-TiN纳米镀层性能分析及其在泥浆泵关键部件的应用
    4.1 引言
    4.2 沉积方法对Ni-TiN纳米镀层的影响
        4.2.1 扫描电镜下Ni-TiN纳米镀层表面形貌
        4.2.2 原子力显微镜下Ni-TiN纳米镀层表面形貌
        4.2.3 透射电镜下Ni-TiN纳米镀层显微组织
        4.2.4 XRD分析
    4.3 不同多场耦合参数对Ni-TiN纳米镀层的影响
        4.3.1 不同多场耦合参数对Ni-TiN纳米镀层SEM的影响
        4.3.2 不同多场耦合参数对Ni-TiN纳米镀层TEM的影响
        4.3.3 不同多场耦合参数对Ni-TiN纳米镀层AFM的影响
        4.3.4 不同多场耦合参数对Ni-TiN纳米镀层XRD的影响
    4.4 Ni-TiN纳米镀层耐磨性能分析
    4.5 Ni-TiN纳米镀层耐蚀性能分析
    4.6 泥浆泵关键部件表面修复研究
        4.6.1 泥浆泵关键部件修复工艺
        4.6.2 泥浆泵关键部件的失效及修复
    4.7 本章小结
第五章 基于BP神经网络模型的Ni-TiN纳米镀层磨损量预测
    5.1 引言
    5.2 BP神经网络模型概述
        5.2.1 BP神经网络模型的结构
        5.2.2 BP神经网络模型的特点
        5.2.3 BP神经网络模型的算法流程
        5.2.4 BP神经网络模型的学习过程
        5.2.5 试验数据的处理
        5.2.6 隐含层数的确定
    5.3 Ni-TiN纳米镀层的BP模型训练过程
    5.4 Ni-TiN纳米镀层BP模型的仿真
    5.5 Ni-TiN纳米镀层Neville多项式插值的仿真概述
    5.6 Ni-TiN纳米镀层Neville多项式插值拟合过程
    5.7 BP神经网络模型与Neville多项式插值仿真对比
    5.8 本章小结
结论
展望
参考文献
攻读博士学位期间所取得的成果情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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[6]PET/MWNT/CB纳米复合材料制备与性能研究[J]. 蒋圆,丁长坤,张晗,程博闻,田立斌.  功能材料. 2017(07)
[7]溶胶-凝胶法制备高锆含量PLZST反铁电陶瓷粉体[J]. 罗婷,王武尚,林建国.  功能材料. 2017(07)
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博士论文
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[2]飞行载体的导航数据处理与轨迹拟合方法研究及应用[D]. 陈茂清.湘潭大学 2017
[3]高密封性泥浆泵活塞的试验研究及机理分析[D]. 孙艺文.吉林大学 2017
[4]化学镀镍对泥浆泵缸套内壁的表面改性研究[D]. 杜亚梦.长江大学 2017
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本文编号：3110184