检索结果-南通市图书馆

作者：夏登辉北京化工大学

学位级别：硕士

增材制造技术因高效、轻量化加工复杂构件的优势,已在航空航天领域得到了广泛应用。Al Si10Mg合金具有优异的比强度和轻质化特性以及融化后具有良好的流动性的特征,被广泛地应用于增材制造领域。然而,由于增材制造快速加热及快速冷却的... 详细信息

增材制造技术因高效、轻量化加工复杂构件的优势,已在航空航天领域得到了广泛应用。Al Si10Mg合金具有优异的比强度和轻质化特性以及融化后具有良好的流动性的特征,被广泛地应用于增材制造领域。然而,由于增材制造快速加热及快速冷却的工艺特征,使得增材制造的Al Si10Mg合金构件中存在着多种微缺陷,导致其耐蚀性下降。本课题采用X射线三维成像与扫描电子显微镜及能谱仪、X射线衍射等技术相结合的方法,在定性地表征不同激光功率SLM成形Al Si10Mg合金中不同方向的组织结构、相组成以及孔隙的2D、3D形貌的基础上,定量地研究了孔隙的空间分布规律以及元素偏析的各向异性特征。结果表明,随激光功率减小,孔隙率增大,元素偏析量减少,材料组织发生了明显变化。其次,采用扫描开尔文探针力显微镜技术,研究了孔隙及元素偏析缺陷引起的表面Volta电势的变化。同时,利用扫描振动电极测试技术,研究了点蚀坑处元素偏析缺陷对局部电化学行为非均匀性的影响。结果表明,孔隙处的Volta电势高于孔隙四周,偏析的Si网的Volta电势高于Al晶粒,熔池边界处的Volta电势高于熔池内,由此形成了腐蚀介质中电偶腐蚀的驱动力。最后,采用电化学阻抗谱技术,并结合腐蚀形貌分析,研究了SLM成形Al Si10Mg合金的腐蚀行为,发现了具有较大晶粒的XZ面的膜层耐蚀性更好,降低激光功率可增大试样表面膜层的耐蚀性;孔隙、熔池边界是腐蚀优先发生的位置。由此,系统地认识到微缺陷是成为导致SLM成形Al Si10Mg构件环境适应性过早劣化的根源。因此,本研究对于提升微构造效应对增材制造材料耐蚀性损伤的认识水平,丰富、发展腐蚀科学理论,既具有科学理论价值又具有普遍的实际工程应用意义。

关键词：微缺陷增材制造选区激光熔化 AlSi10Mg 局部腐蚀

镁合金防腐耐磨复合膜层的原位制备及性能研究

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镁合金防腐耐磨复合膜层的原位制备及性能研究

作者：谢丽丽北京化工大学

学位级别：硕士

随着工程结构材料向轻质化发展,镁合金由于其密度小、比强度高、散热性能好等优势有着非常广泛的应用前景。然而,镁合金存在化学活泼性高、硬度低等缺点,极大地限制了其工业应用。本文通过原位化学转化处理在镁合金表面制备了耐蚀耐磨膜... 详细信息

随着工程结构材料向轻质化发展,镁合金由于其密度小、比强度高、散热性能好等优势有着非常广泛的应用前景。然而,镁合金存在化学活泼性高、硬度低等缺点,极大地限制了其工业应用。本文通过原位化学转化处理在镁合金表面制备了耐蚀耐磨膜层,利用失重法和正交试验确定了最佳转化工艺。同时,采用封孔处理,构建了有机-无机复合膜层体系,并通过添加缓蚀剂进一步提高了其耐蚀性。在此基础上,采用形貌表征与结构分析的方法,研究了膜层表面结构,揭示了成膜机理。同时,采用电化学技术,从宏观和微观两方面研究了复合膜层的失效机制。最后,采用纳米压痕技术和摩擦磨损试验等研究了膜层的力学性能,为镁合金的工业应用提供技术支撑。主要结论如下:（1）以磷酸二氢锰为成膜的主盐,在镁合金表面制备了耐蚀耐磨的膜层,其膜层平均厚度在12.7μm,主要为Mn O2和Mn HPO4·3H2O组成。但是,膜层表面存在较多的裂纹。基于自腐蚀电位随着时间的变化关系,可将化学转化膜的生长过程分为膜层诱导阶段、快速生长阶段和稳定阶段。（2）采用硅烷封闭技术,在镁合金表面构建了有机-无机复合膜层,显著地提高了化学转化膜的耐蚀性,其接触角由24.52°提高至66.00°,电荷转移电阻由5.80×10～3Ω·cm2增加至4.51×10～4Ω·cm2。（3）通过膜电极的极化行为,结合形貌表征,研究了电化学阻抗谱测试过程中镁合金电极体系的非稳定性来源。结果表明,在浸泡初期,镁合金电极体系的非稳定性来源于腐蚀产物的吸脱附过程,随着腐蚀产物对孔隙的填补,体系稳定性有所增加。然而,在浸泡后期基体出现点蚀,再次造成了镁合金电极体系的非稳定性。（4）采用添加缓蚀剂的方法,可以进一步地提高复合膜层的耐蚀性,与镁合金基材相比,添加缓蚀剂的有机-无机复合膜层的自腐蚀电位正向移动108 m V,腐蚀电流密度降低了3个数量级。电化学阻抗谱表明,试样在0.5 wt.%的Na Cl溶液中浸泡120 h后,其表面膜层完全失效,出现点蚀,并且由微区电化学测试得到了验证,蚀坑不断向纵深方向和水平方向同时发展。（5）利用纳米压痕技术,研究了镁合金基体、化学转化膜和复合膜层的力学性能,其硬度分别为1.70 GPa,6.18 GPa和0.89 GPa。AFM结果显示,复合膜层表面粗糙度较低,为7.53 nm。同时,摩擦磨损试验结果表明,复合膜层具有最小的磨损体积,仅有0.05 mm3,与镁合金基体相比降低5倍,说明复合膜层具有良好的耐磨性。

关键词：镁合金原位转化膜封闭处理微区电化学耐磨性耐蚀性

持久加载条件下氟橡胶的加速老化及其寿命预测研究

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持久加载条件下氟橡胶的加速老化及其寿命预测研究

作者：张连栋北京化工大学

学位级别：硕士

现代航空领域装备朝着高速度、大功率、长寿命的方向发展,应用于航空飞机发动机的橡胶密封材料服役条件愈加严酷,橡胶材料在服役环境中受到热、氧、介质和机械应力等因素的综合作用而发生复杂的物理化学变化,老化引起力学性能逐渐下降... 详细信息

现代航空领域装备朝着高速度、大功率、长寿命的方向发展,应用于航空飞机发动机的橡胶密封材料服役条件愈加严酷,橡胶材料在服役环境中受到热、氧、介质和机械应力等因素的综合作用而发生复杂的物理化学变化,老化引起力学性能逐渐下降甚至密封功能失效。本文针对航空用密封材料氟橡胶FX-17,通过对其使用环境与工况因素的模拟与合理强化,设计开展了持久加载条件下的实验室加速老化试验,从橡胶材料力学性能、微观形貌、元素含量、热稳定性、分子结构、交联网络变化等角度对老化环境影响下橡胶材料的老化行为进行表征分析,最后对氟橡胶进行老化程度综合评价和寿命预测研究。主要结论如下:(1)氟橡胶老化后力学性能发生退化,表面形貌发生劣化,拉伸断口由延性断裂逐渐变为脆性断裂。随着老化程度的加深,压缩永久变形呈增加的趋势,拉伸强度和扯断伸长率呈减小趋势,热空气中硬度逐渐增大,热油中硬度先减小后增大。(2)氟橡胶老化后理化性能发生变化。老化后物理变化上存在橡胶与环境物质的相互扩散,从质量体积和元素含量变化的角度分析,结果表明,老化后橡胶基体降解产生的小分子氟化物损失,橡胶填料和添加剂向环境转移,环境中介质分子扩散至橡胶内部,造成橡胶成分发生变化和热稳定性下降;老化后化学结构破坏,发生脱氢氟反应,C-F发生断裂,同时产生的C=C易发生断裂,C=C在高温下与氧作用产生-OH和C=O,断裂产生的自由基相互碰撞重组生成新分子链,油介质的存在会加速脱氢氟反应和弱键被氧化的反应;老化后Tg下降,表明存在因C=C键断裂引起交联网络结构发生破坏,同时自由基反应可能导致小分子碎片网络的重建。(3)基于层次分析法原理分析了氟橡胶老化五种力学性能评价指标,由此建立了氟橡胶老化综合评价体系,综合分析了橡胶老化分级,评价结果与持久加载条件下压缩应力松弛退化规律具有良好的相关关系。(4)采用标准方法建立了氟橡胶在两种典型环境下的寿命预测模型,在实验室条件下,材料级样品和产品级样品的老化性能变化规律与模型预测结果具有一致性。

关键词：氟橡胶加速老化力学性能老化行为寿命预测

拉应力作用引起的铝合金-有机涂层防护体系失效机制研究

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拉应力作用引起的铝合金-有机涂层防护体系失效机制研究

作者：曹艳辉北京化工大学

学位级别：硕士

铝合金具有密度小、比强度高、可铸造性强等优点,在航空航天、船舶等领域的应用十分广泛。然而,其现实服役环境十分复杂,铝合金也正面临着严重的腐蚀问题。有机涂层作为一种经济、方便且高效的腐蚀控制技术,广泛地应用在工业工程中。本... 详细信息

铝合金具有密度小、比强度高、可铸造性强等优点,在航空航天、船舶等领域的应用十分广泛。然而,其现实服役环境十分复杂,铝合金也正面临着严重的腐蚀问题。有机涂层作为一种经济、方便且高效的腐蚀控制技术,广泛地应用在工业工程中。本文以有机涂层防护体系在实际服役工况中受环境拉应力作用为研究背景,研究了铝合金-有机涂层防护体系在拉应力作用下的失效过程及其机制,这对极端环境中新型有机涂层的开发与应用,具有重要的指导意义。首先,制定了铝合金-有机涂层体系在拉应力因素和腐蚀因素及其交互作用下的两种类型的环境加载谱。其次,采用电化学阻抗谱（EIS）技术研究、分析了防护体系在不同室内加速实验条件下的腐蚀失效过程。最后,基于层次分析法原理,针对有机涂层防护体系的八种失效模式,建立了综合评价模型,并对综合评价模型进行了验证。取得了以下主要结论:（1）在拉应力作用下,有机涂层防护体系的低频阻抗模值(|Z|0.01)随载荷和时间的增加有逐渐减小的趋势,这是因为有机涂层中固有缺陷的生长和新缺陷的生成、扩展形成了不同类型的“通道”,促进了有机涂层腐蚀防护性能的降低,这种效果在协同作用下尤为明显。铝合金与有机涂层的延展性和韧性体现出了差异,而且只有当拉应力加载到铝合金的塑性下限区时,有机涂层表面才展现出了非常细微的宏观裂纹。在这种情况下,有机涂层的|Z|0.01仍不低于10～6Ω·cm2,所以其仍有有效的防护性能,这说明有机涂层与阳极氧化膜分别在不同的腐蚀阶段起到了主要的屏蔽作用。（2）腐蚀作用在不同水平的拉应力被卸载后对有机涂层有不同的影响。弹性极限区和屈服强度点的拉应力被卸载前、后的|Z|0.01的变化相对较大且整体上数量级较高,而塑性下限区的拉应力被卸载前、后的|Z|0.01的变化相对较小但整体上数量级较低。这是因为前者与后者发生的有限形变分别是弹性形变和塑性形变,其形变类型与程度的不同导致体系进入静态服役时,其失效程度有很大的差异。而且,随着静态服役时长的增加,室内加速实验过程中的|Z|0.01也表现出了清晰的减小趋势,但整体上仍不低于10～6Ω·cm2数量级。（3）基于层次分析法的原理,根据有机涂层防护体系的八种失效模式,建立了有机涂层防护体系的综合评价模型,并利用典型加速实验条件下的力学参数和电化学参数验证了综合评价模型的合理性与正确性。其中,有机涂层的断裂伸长率δ和低频阻抗模值|Z|0.01都与综合评价值yi呈负相关。其中,δ与yi呈现明显的线性负相关的规律。

关键词： 2024/T3铝合金有机涂层腐蚀防护电化学阻抗谱综合评价

低温无机相变储能材料与铝合金封装材料间的相容性研究

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低温无机相变储能材料与铝合金封装材料间的相容性研究

作者：赵圆圆北京化工大学

学位级别：硕士

电子器件尺寸的不断减小以及集成电路功率的不断提升,对电子系统的散热效果提出了越来越高的要求。无机相变材料因其不可燃性以及高的热导率在集成散热系统中得到广泛关注。无机相变材料因过冷度大、相分离以及与封装金属的相容性等问题... 详细信息

电子器件尺寸的不断减小以及集成电路功率的不断提升,对电子系统的散热效果提出了越来越高的要求。无机相变材料因其不可燃性以及高的热导率在集成散热系统中得到广泛关注。无机相变材料因过冷度大、相分离以及与封装金属的相容性等问题,这极大的限制了其在实际工程中的应用。本文制备了六水硝酸镁(MNH)和六水氯化镁(MCH)的共晶混合物(后称为MNH-MCH复合相变材料),并采用DSC技术,研究了共晶混合物的热物理性能。通过添加成核剂,降低了过冷度。在此基础上,研究了6063铝合金、3A21铝合金、ZL104和3D打印铝合金在MNH-MCH复合相变材料中的相容性,得到结论如下:(1)采用DSC技术研究了六水硝酸镁(MNH)不同添加量对镁基复合相变材料相变焓值的影响。结果表明:当MNH添加量为在30～60wt.%存在一个明显的吸热峰和放热峰,说明在这条件下,六水硝酸镁和六水氯化镁已经形成共晶混合物。当六水硝酸镁添加量为57 wt.%时,相变焓最高为155.46 J/g,相变温度为58.5℃,过冷度11.7℃。在此基础上,研究了Ca SO·2HO,Mg Br·6HO和Sr Cl·6HO做成核剂对过冷度的影响。结果表明,添加Sr Cl·6HO降低过冷度效果显著,当添加量为0.3wt.%时,过冷度降低至0.4℃,相变焓降低14.7%,即使固液相变循环50次后,过冷度基本保持不变。(2)采用失重法,研究了6063和3A21铝合金在MNH-MCH复合相变材料固液交替过程的腐蚀规律。结果表明,6063铝合金腐蚀速率先随时间先增大后减小最后趋于平稳;而3A21铝合金随着时间呈逐渐降低的趋势;这两种铝合金的腐蚀形貌均呈局部腐蚀状态,在腐蚀产物中均含有O、Cl和Al,这是由于酸性的腐蚀介质含有大量的Cl造成。(3)6063和3A21铝合金在熔融态的MNH-MCH复合相变材料中的初期,两种铝合金的阻抗谱均呈现出两个时间常数;随着浸泡时间的延长,两种铝合金的阻抗谱在低频区域均出现感抗特征,这是由于酸性介质中共含大量的Cl的腐蚀环境发生局部腐蚀现象。与上述铝合金在熔融态中的电化学响应相比,两种铝合金在固液循环过程中的凝固状态时,6063铝合金阻抗谱呈现出一个时间常数,3A21铝合金呈两个时间常数;在固液循环过程中的熔融状态时,阻抗谱均呈现出两个时间常数,并且在低频区域也都未出现感抗。凝固状态下的溶液电阻R为熔融状态的十倍左右,其原因在于凝固状态中导致其离子迁移的阻力远远大于熔融状态。(4)进一步研究了铸造和3D打印铝合金在相变材料中腐蚀行为,结果表明,在固液交替循环过程中,这两种不同成形工艺的铝合金的腐蚀规律基本一致,但在腐蚀后期,3D打印铝合金腐蚀比较严重;虽然两种不同成形工艺的铝合金腐蚀形貌均呈现局部腐蚀,且腐蚀产物中含有相同的元素,但ZL104中Mg的含量较高。此外,不同成形工艺铝合金在熔融态MNH-MCH复合相变材料中也有明显的电化学差异。虽然两种铝合金的阻抗谱均呈现两个时间常数,但是在低频区,ZL104表现为容抗弧,而3D打印铝合金表现为感抗弧。在固液循环过程中,这两种铝合金均呈现两个时间常数,但ZL104的阻抗膜值相对较高,腐蚀较轻。

关键词：无机相变材料成核剂过冷度铝合金腐蚀电化学阻抗谱

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铸铝在新型冷却液中的空泡腐蚀研究

铸铝在新型冷却液中的空泡腐蚀研究

作者：周林北京化工大学

学位级别：硕士

空泡腐蚀的发生会严重影响电子液冷系统的正常运行。本文利用空泡腐蚀仪,采用失重法研究了铸铝在冷却液中的空泡腐蚀行为。在此基础上,通过腐蚀电化学技术,研究了在空化条件下,铸铝在冷却液中腐蚀电化学动力学过程。最后,采用现代表面... 详细信息

空泡腐蚀的发生会严重影响电子液冷系统的正常运行。本文利用空泡腐蚀仪,采用失重法研究了铸铝在冷却液中的空泡腐蚀行为。在此基础上,通过腐蚀电化学技术,研究了在空化条件下,铸铝在冷却液中腐蚀电化学动力学过程。最后,采用现代表面分析技术,研究了铸铝在冷却介质中表面膜的形成机制以及空化作用下的损伤机制,揭示了电化学作用与流体力学之间的协同机制。研究结果表明:电化学腐蚀与空化作用之间的协同效应导致铸铝空泡腐蚀失重随空化作用时间的增大而增大,其空泡腐蚀速率随空化作用时间先增大后减小。缓蚀剂的添加能够抑制铸铝的空泡腐蚀,有利于防止铸铝的腐蚀。但是,并不能完全抑制腐蚀的发生。所以,电化学与空化作用之间的协同效应仍然会促进铸铝的空泡腐蚀。空化作用虽然使阴极氧扩散过程有所增强,但是却促进了铸铝发生钝化,抑制了其阳极过程。因此,腐蚀过程以阳极过程控制为主。当添加此阳极型缓蚀剂后,有效地抑制了铸铝的电化学腐蚀,从而降低了电化学腐蚀与空化作用间的协同效应,使铸铝在冷却液中的腐蚀减轻。在乙二醇基水溶液中,空化作用使铸铝表面氧化膜破坏,形成坑、洞,表现在电化学阻抗谱的低频处出现感抗弧,并且有两个时间常数。随着空化作用时间的增大,铸铝的反应电阻逐渐减小。进一步表明空化作用对电化学腐蚀具有促进作用。当添加缓蚀剂后,铸铝的电化学阻抗谱为一个变形的容抗弧,电极动力学过程为两个时间常数。一旦受到空化作用,其电化学阻抗谱在高频为一个容抗弧,中高频出现感抗弧,低频出现容抗弧,时间常数变为三个。表明在这种情况下,铸铝的空泡腐蚀机理更为复杂。在乙二醇基水溶液中,铸铝表面氧化膜成分主要是AlOOH、硅氧化物和硅酸盐。一旦发生空化作用,铸铝表面的硅氧化物和硅酸盐会逐渐脱落,在其表面形成坑、洞。同时,空化作用促进了 AlOOH和A1203的形成。阳极型缓蚀剂的添加,有利于促进铸铝表面AlOOH和A1203的形成,与氮和磷形成混合型的缓蚀膜,抑制了铸铝表面坑、洞和裂缝的形成,从而有效的减弱了铸铝的空泡腐蚀。研究进一步表明,铸铝在冷却介质中的空泡腐蚀受协同效应影响,并且是由腐蚀引起的磨损腐蚀控制。基于此,提出了铸铝在冷却介质中的腐蚀模型。

关键词：铸铝缓蚀剂冷却液空泡腐蚀电化学阻抗谱协同效应腐蚀模型

涂层电化学和纳米力学参数对介质传递过程的响应

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涂层电化学和纳米力学参数对介质传递过程的响应

作者：万通北京化工大学

学位级别：硕士

目前,有机涂层防护技术仍是金属防腐领域中最经济、最有效的措施之一。涂层劣化失效通常会造成金属设备的腐蚀,不仅会导致设备性能及使用寿命的下降,还可能引发环境污染等问题,更甚危及人们的生命财产安全。涂层劣化往往是由于腐蚀介质... 详细信息

目前,有机涂层防护技术仍是金属防腐领域中最经济、最有效的措施之一。涂层劣化失效通常会造成金属设备的腐蚀,不仅会导致设备性能及使用寿命的下降,还可能引发环境污染等问题,更甚危及人们的生命财产安全。涂层劣化往往是由于腐蚀介质渗入到达金属基材表面并发生腐蚀反应造成的。因此,研究腐蚀介质在涂层中的扩散传递过程、以及影响该过程的客观因素,对评价有机涂层的防护效果及预测其使用寿命具有重要的实际意义。本论文首先研究了不同颜基比的有机涂层在不同的腐蚀环境中,涂层中介质渗入量、厚度、形貌随浸泡时间的变化规律;接着,研究了涂层电化学阻抗谱对腐蚀介质渗入的响应规律,并基于阻抗谱特征建立等效电路,研究了涂层电化学参数(等效电容、等效电阻)随浸泡时间的变化规律;第三,利用纳米压入技术,研究了涂层纳米力学参数(纳米硬度、纳米弹性模量)对腐蚀介质渗入的响应规律,得到了不同浸泡时期下腐蚀介质在涂层中的渗入深度;最后,通过建立有机涂层的理想扩散模型,研究了涂层电化学参数与纳米力学参数之间的关系,最终得到了有机涂层的寿命预测模型。结果表明:有机涂层的重量、厚度、等效电容和等效电阻对腐蚀介质在涂层中的扩散传递响应具有一定的一致性,均体现了该过程主要分为三个阶段:第一阶段涂层溶胀吸水占主导地位,由于腐蚀溶液介电常数远大于涂层组分介电常数,涂层电容值急剧增大;第二阶段涂层溶胀吸水与组分溶解达到动态平衡状态,体现为涂层重量、厚度、电化学参数等基本保持不变;第三阶段腐蚀介质渗入过程重回主导地位,涂层完全丧失对金属基材的防护作用。分析比较不同实验条件下各参数随浸泡时间的变化规律,颜基比1.8的有机涂层含有更多亲水性颜填料、城市环境中含有侵蚀性更强的双氧根离子,两者导致腐蚀介质在涂层中的渗入速率更快。纳米力学参数随浸泡时间以及压入深度的变化规律,说明了有机涂层纳米硬度和纳米弹性模量均会随腐蚀介质的渗入而降低,反映了涂层表层纳米力学性能对腐蚀介质渗入响应的敏感性。随后通过引入无因次量纳米硬度模量比,得到了腐蚀介质渗入深度及渗入速率随浸泡时间的变化规律。最后通过建立有机涂层理想扩散模型,得到了有机涂层电化学参数与纳米力学参数之间的关系。

关键词：有机涂层扩散过程颜基比腐蚀环境交流阻抗技术纳米压入

基于大功率电子器件散热的共晶复合相变材料制备与研究

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基于大功率电子器件散热的共晶复合相变材料制备与研究

作者：周柯兵北京化工大学

学位级别：硕士

微小型化和高功率化是当今电子器件发展的两大趋势,高热通量带来的器件过热问题将会严重影响系统的运行性能和使用寿命。近年来,相变温控技术因其成本低、占位小且储热强的优点,在电子器件散热领域受到了关注。本文基于电子器件低温控... 详细信息

微小型化和高功率化是当今电子器件发展的两大趋势,高热通量带来的器件过热问题将会严重影响系统的运行性能和使用寿命。近年来,相变温控技术因其成本低、占位小且储热强的优点,在电子器件散热领域受到了关注。本文基于电子器件低温控制的需求,通过理论预测与实验验证相结合的方法,设计、制备了两种共晶混合物,表征、测试了其结构和性能。同时,针对过冷或相分离的现象提出了有效的改性方案。最后,利用自行设计的模拟发热系统考察了两种共晶复合相变材料的散热能力。首先,选择三水醋酸钠和乙酰胺作为复配对象,根据热力学第二定律和相平衡理论,预测二者混合的共晶点,通过热分析曲线绘制二元材料相图,对比分析后确定共晶比例为50 wt%+50 wt%,相变温度和焓值分别为29.85℃和260 J/g。采用XRD、FT-IR、OM等一系列方法对共晶混合物进行了表征测试,结果表明:共晶混合物在凝固时呈“针状”团簇生长,是三水醋酸钠(棒状)和乙酰胺(针状)物理混合的产物。通过磷酸盐水合物(1.8 wt%)+硅酸盐水合物(1.2 wt%)的协同作用,将过冷度减小至5.8℃。经过50次熔冻循环后,共晶复合相变材料的相变温度基本不变,过冷度增加3.8℃,相变焓损失2.14%。其次,针对十水硫酸钠和十二水磷酸氢二钠,使用修正的BET模型拟合文献数据绘制相图并预测共晶点,对共晶比例进行有针对性的实验验证,确定共晶比例为57 wt%+43 wt%,相变温度为29.03℃,相变焓值为254.47 J/g。测试结果表明:两种基体材料并未发生化学反应,合成的共晶混合物在结晶凝固时呈“粒状”团聚分布。对过冷和相分离的现象提出了改性方案——添加羧甲基纤维素(1 wt%)+硼酸盐水合物(2.5 wt%),改性后的材料相分离程度减小,过冷度为4.4℃。50次的熔冻循环后,相变温度和过冷度基本没有变化,相变焓值损失17%。最后,自行设计了一套模拟发热与热沉散热装置,用于研究两种相变材料对高热通量电子器件的控温和抗热冲击能力。结果表明:相比于空腔热沉,填充相变材料后的热沉具有良好的控温能力,随着模拟器件的发热,热沉表面温度逐渐上升。当温度略高于填充材料的相变温度时,热沉表面温度基本不随时间上升,出现平台期。器件表面温度升高至安全工作温度上限的时间延长。在相同加热功率下,相变材料填充量越多,缓冲时间越长;相同填充量时,加热功率越大,缓冲时间越短。两种相变材料均可实现中低温工作环境下发热电子器件的有效散热控温。

关键词：电子器件相变温控共晶复合相图过冷度模拟热沉

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BH冷却液在液冷循环体系下的性能评价研究

BH冷却液在液冷循环体系下的性能评价研究

作者：王炳钦北京化工大学

学位级别：硕士

为提高电子系统换热效率、降低液冷循环系统腐蚀破坏风险、为推动国产冷却液代替仿俄制冷却液提供理论支持。因此,针对新研制BH冷却液进行了液冷循环体系下的性能评价研究。首先,通过环境模拟的标准实验和耐久性试验,对冷却液的低腐蚀... 详细信息

为提高电子系统换热效率、降低液冷循环系统腐蚀破坏风险、为推动国产冷却液代替仿俄制冷却液提供理论支持。因此,针对新研制BH冷却液进行了液冷循环体系下的性能评价研究。首先,通过环境模拟的标准实验和耐久性试验,对冷却液的低腐蚀性能进行了评价。其次,采用电化学技术,研究了铝合金在BH冷却液中的腐蚀机理。最后,采取数值模拟的手段,对液冷循环系统中典型流体力学场进行了模拟,研究了流体力学参数对腐蚀产生的影响。同时,针对液冷循环系统内可能发生电偶腐蚀的耦接件进行了腐蚀预测。在静态条件下,黄铜、紫铜等12种金属在BH冷却液中的腐蚀速率均明显低于现役的AF65冷却液。在流动条件下,黄铜、紫铜等6种金属在乙二醇水溶液中的腐蚀速率均随着流速的增加而增大。但是,在含有缓蚀剂新研制BH冷却液中,黄铜、紫铜等6种金属的腐蚀速率随着流速增加而缓慢升高,保持着低腐蚀性。与现役的AF65冷却液相比,当流速分别为2m/s、3.5m/s时,紫铜、黄铜等6种金属在BH冷却液性中的平均腐蚀率比AF65号冷却液低大约66%、72%,表现出优异的低腐蚀性能。电化学极化研究表明,在静态条件下,随着2号铝合金和6号铝合金在冷却液中浸泡时间的增加,2号铝合金和6号铝合金在BH冷却液中的极化电阻增大,约为AF65冷却液中的5倍;在流动条件下,2号铝合金和6号铝合金在BH冷却液中的极化电阻约为AF65冷却液中的1.5倍,进一步地说明BH冷却液具有优异的低腐蚀性能。电化学交流阻抗谱结果显示,2号铝合金和6号铝合金在BH冷却液和AF65冷却液中的阻抗特征相似,都可采用两个时间常数描述。浸泡120小时后,在BH冷却液中,2号铝合金和6号铝合金R1拟合数值远高于AF65冷却液,约为AF65冷却液中R1拟合数值的616、4270倍。再次证明了 BH冷却液对两种铝合金具有好的缓蚀效果。模拟结果表明,液冷循环系统内管道形状会导致管内流场分布产生巨大变化,从而影响管道材料的腐蚀加剧。在直管中,管道的进出口处为腐蚀最严重的部位。在弯管中,腐蚀严重部位则为管道入口处以及30°至90°弯头处。当2号铝合金与紫铜管道在BH冷却液中耦接发生电偶腐蚀时,腐蚀程度受连接方式、管径大小以及冷却液介质流速的影响。电偶腐蚀发生10天后,2号铝合金管道在BH冷却液中的腐蚀距离为71.7mm,20天后腐蚀距离为79.4mm,30天后腐蚀距离仅为81.8mm。与AF冷却液相比,腐蚀距离缩短约87%,进而证明,BH冷却液对铝与铜系合金电偶腐蚀的发生也有良好的抑制效果。

关键词： BH冷却液液冷循环流动腐蚀数值模拟

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典型金属材料在新型冷却液中的流动腐蚀研究

典型金属材料在新型冷却液中的流动腐蚀研究

作者：王欣笛北京化工大学

学位级别：硕士

在液冷循环系统中,目前乙二醇水基冷却液作为主流产品使用最为普遍。在液冷系统中,铝及其合金、铜及其合金因其良好的物理性能被广泛使用。长时间的高温运行会导致乙二醇酸化,进而加剧金属构件的流动腐蚀,严重影响液冷系统的正常运转。... 详细信息

在液冷循环系统中,目前乙二醇水基冷却液作为主流产品使用最为普遍。在液冷系统中,铝及其合金、铜及其合金因其良好的物理性能被广泛使用。长时间的高温运行会导致乙二醇酸化,进而加剧金属构件的流动腐蚀,严重影响液冷系统的正常运转。因此,研究典型金属材料在新型冷却液中的流动腐蚀行为具有重要意义。本文利用流动腐蚀试验装置,通过失重实验,研究典型金属材料在冷却介质中的流动腐蚀规律。同时,采用电化学技术,分析典型金属在不同流动状态下的极化行为和六号防锈铝与异种金属的耦接敏感性,进而探究缓蚀剂的添加对电偶腐蚀的影响。采用表面分析测试技术,研究了防锈铝焊接件在新型冷却液中表面电位与形貌。通过耐久性实验,研究在长期流动条件下,典型金属的耐久腐蚀行为和冷却液性能变化,为冷却介质的选用和及时更换提供理论支持。研究结果表明:流体力学过程与电化学腐蚀之间的交互作用导致四种金属流动腐蚀速率随流速的增大而增大。缓蚀剂的添加能够削弱金属的流动腐蚀,添加缓蚀剂后四种金属的腐蚀速率均符合相关技术要求(技术要求小于1.5 g·m-2·d-1)。在含有缓蚀剂的乙二醇水基冷却液中,防锈铝腐蚀过程中的阴极过程为氧扩散控制,阳极过程为金属钝化过程。缓蚀剂在金属表面附着成膜,促使阳极过程的电流密度减小,增大阳极过程的阻力,这表明缓蚀剂为阳极型缓蚀剂。且随着流速的增大,极化电阻减小,二号防锈铝和六号防锈铝流动腐蚀加剧。5A06分别与紫铜、黄铜的耦接敏感性为E级,5A06与碳钢的耦接敏感性为D级,均需要在直接接触使用前对材料表面进行防护处理。焊接工艺会对防锈铝的腐蚀倾向性造成影响,防锈铝焊接件母材、热影响区及焊缝的表面电位逐渐变负,焊缝处自腐蚀电位低于金属基材,极化电阻较基材更小。焊缝处的腐蚀倾向性更大,是使用中的薄弱部位。铝合金及其焊接件的耐久性流动腐蚀速率均符合相关技术要求。管路弯头内壁处的自腐蚀电位更负,在工程应用中应着重注意管路弯头内壁处的腐蚀及防护。新型冷却液换热性能良好,结合pH值与电导率的变化,建议连续运行1个月后及时更换新的冷却液,以确保设备的正常运转。

关键词：新型冷却液流动腐蚀铝合金铜合金缓蚀剂耐久性实验协同效应