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基于气-固两相流喷嘴实验的20G钢冲蚀机理研究

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表面技术 2024年

作者：邓宽海程金亮林元华黄耕刘冰梅宗斌秦大伟四川华宇钻采装备有限公司广东石油化工学院西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室贵州航天天马机电科技有限公司

目的近年来，由于天然气管道内壁减薄及穿孔破坏而导致的天然气泄漏事故频繁发生，输气管道面临着日益严重的冲蚀磨损问题。针对这一问题，明确了输气管道材料的冲蚀行为及机理，为抗冲蚀材料设计和延长管道使用寿命等工作的开展提供了... 详细信息

目的近年来，由于天然气管道内壁减薄及穿孔破坏而导致的天然气泄漏事故频繁发生，输气管道面临着日益严重的冲蚀磨损问题。针对这一问题，明确了输气管道材料的冲蚀行为及机理，为抗冲蚀材料设计和延长管道使用寿命等工作的开展提供了有效支撑。方法基于ASTM-G76测试标准，采取气-固喷嘴冲蚀试验研究方法，利用空气射流冲蚀实验机，开展不同冲击角度和冲击速度下天然气管道材料20G钢的气-固冲蚀实验；采用扫描电子显微镜、激光粒度分析仪等设备，分析试样表面冲蚀形貌及特征；采用Ahlert冲蚀模型对实验数据进行拟合，建立20G钢的冲蚀率方程。结果当冲击速度(15m/s～72m/s)增大时，冲蚀率随之增大。而当冲击角度(15°～90°)增加时，冲蚀率随之减小；冲蚀面积随冲击角度增加而减小；在低冲击角度下（15°和30°），固相颗粒的“犁削”为主要冲蚀及材料移除机制；在中等冲击角度下（45°和60°），冲蚀机制呈现混合形式，犁削、压实与开裂共同作用于材料表面；在高冲击角度下（75°和90°），以压实和开裂为主要冲蚀及材料移除机制。结论气固两相流作用下20G钢的冲蚀磨损过程符合典型的塑性材料冲蚀规律；颗粒冲击速度不会直接影响冲蚀机制，颗粒冲击能量的变化是影响冲蚀率的主要因素；建立了适用于天然气管道材料抗冲蚀性能对比和CFD冲蚀模型的冲蚀速率方程。

关键词：冲蚀磨损 20G钢冲蚀机理气固两相流冲蚀速率方程冲蚀试验

新型高效咪唑希夫碱缓蚀剂对Q235钢在1 mol/L HCl溶液中的缓蚀作用

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中国腐蚀与防护学报 2024年第1期44卷 59-70页

作者：王鹏杰宋昱灏樊林邓宽海李忠慧梅宗斌郭雷林元华西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室成都610500 西南石油大学新能源与材料学院成都610500 长江大学石油工程学院武汉434023 四川华宇钻采装备有限公司泸州646000 铜仁学院材料与化学工程学院铜仁554300

以油酸、二乙烯三胺、碘代正丁烷和肉桂醛等为原料,在不同温度下进行酰胺化、脱水环化、季铵化等过程设计合成一种适用于酸洗工况的咪唑希夫碱(MIX)缓蚀剂,通过失重实验、电化学实验、理论模拟和表面分析等方法系统的探究了MIX在1.00 mo... 详细信息

以油酸、二乙烯三胺、碘代正丁烷和肉桂醛等为原料,在不同温度下进行酰胺化、脱水环化、季铵化等过程设计合成一种适用于酸洗工况的咪唑希夫碱(MIX)缓蚀剂,通过失重实验、电化学实验、理论模拟和表面分析等方法系统的探究了MIX在1.00 mol/L HCl溶液中对Q235钢的缓蚀性能及其缓蚀机理。结果表明:在浓度为2.00 mmol/L时,采用失重实验,电化学阻抗(EIS),动电位极化(Tafel)测得的缓蚀效率分别为98.64%,96.93%和99.15%,表明MIX在HCl环境中能够发挥优异的缓蚀性能。电化学实验和等温吸附模型表明,MIX是一种阴极型缓蚀剂,能够自发吸附在Q235钢表面,且遵循Langmuir吸附等温模型。MIX能够在Q235钢表面形成稳定的保护膜,进一步阻碍了腐蚀体系内电荷转移速率。XPS,EDS和FT-IR分析证实了MIX分子能够吸附在Q235钢表面,密度泛函理论(DFT)说明MIX的活性位点为苯基,咪唑环上的N原子,分子动力学(MD)进一步证实了MIX能够吸附在Q235钢表面。MIX在HCl环境中能够发挥优异的缓蚀性能,主要在于Q235钢表面形成了稳定的保护膜,降低了腐蚀体系内电荷转移速率。

关键词：咪唑希夫碱电化学失重实验缓蚀性能理论计算

N,N'-亚甲基双丙烯酰胺与OP-10对Q235钢在1 mol/L HCl中的缓蚀作用

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电镀与精饰 2024年第7期46卷 49-57页

作者：樊林王鹏杰宋昱灏刘婉颖梅宗斌林元华西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室四川成都610500 西南石油大学新能源与材料学院四川成都610500 华宇钻采装备有限公司四川泸州646000

针对在酸洗工况下金属的腐蚀问题,为解决单一缓蚀剂的成本高、效率低的问题,在N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(NN)的最佳缓蚀浓度基础上将其与OP-10复配(N&P),采取失重实验、电化学实验、表面分析和理论模拟的方法,研究了NN和N&P缓蚀剂对Q235钢... 详细信息

针对在酸洗工况下金属的腐蚀问题,为解决单一缓蚀剂的成本高、效率低的问题,在N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(NN)的最佳缓蚀浓度基础上将其与OP-10复配(N&P),采取失重实验、电化学实验、表面分析和理论模拟的方法,研究了NN和N&P缓蚀剂对Q235钢在1.0 mol/L HCl溶液中的缓蚀性能。结果表明:在30℃条件下,NN的交流阻抗谱、动电位极化曲线和失重实验所得的最佳缓蚀率分别为73.32%、85.57%、77.46%,而将NN与OP-10复配后的缓蚀效率分别提升至92.34%、96.26%、90.14%。量子化学表明:N&P吸附位点主要为OP-10分子中的大Π键和C-O键以及NN分子中的C=O键、C=C键、C-N键,具有较好的协同效应。

关键词： N’N-亚甲基双丙烯酰胺 OP-10 电化学失重实验缓蚀性能量子化学

n型Pb1+xSeTex固溶体的自蔓延高温合成及热电性能调控

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铜业工程 2024年第3期 40-46页

作者：张文钰周志方郑云鹏杨岳洋南策文林元华清华大学材料学院新型陶瓷与精细加工国家重点实验室

热电材料能实现热能与电能之间的直接转化，因而受到广泛关注。铅基硫属化合物是一类具有较高热电转化效率的材料，其中，PbSe和PbTe是这类材料的代表。与Te相比，Se元素的地壳丰度高、成本低，所以PbSe更具研究价值和应用潜力。但PbSe... 详细信息

热电材料能实现热能与电能之间的直接转化，因而受到广泛关注。铅基硫属化合物是一类具有较高热电转化效率的材料，其中，PbSe和PbTe是这类材料的代表。与Te相比，Se元素的地壳丰度高、成本低，所以PbSe更具研究价值和应用潜力。但PbSe的晶格热导相对较高，载流子浓度较低，抑制了热电性能的提升。而固溶能有效降低晶格热导率，提升热电性能，且PbTe和PbSe具有相似的能带结构，能简化输运研究，因此将PbTe与PbSe固溶，有望获得较高的热电性能。另外，在目前的研究中，PbSe的合成通常采用机械合金化、熔融退火等方式，耗费大量的时间和能量，生产成本高，不利于实际使用。本文使用自蔓延高温合成与放电等离子体烧结相结合的方式，快速制备了n型Pb1+xSeTex固溶体。同时，由于载流子浓度的优化及合金散射的作用，电学性能和热学性能得到了提升，晶格热导率在773 K时降低到0.67W/（m·K），相较于纯PbSe降低了35%，无量纲优值ZT值在773 K时达到了1.1，相较于纯PbSe提升了83%。以上研究为自蔓延制备工艺在热电领域的广泛应用提供了参考。

关键词：自蔓延高温合成 PbSe Pb1+xSeTex固溶体载流子浓度晶格热导率

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建筑材料科学技术奖获奖项目展示

中国建材 2024年第2期 110-111页

作者：林元华南策文潘豪易迪蓝顺刘亦谦清华大学

建筑材料科学技术奖是面向全国建材行业的综合性、权威性科技奖励,分为基础研究类、技术发明类、技术进步类和科技公益类四类,旨在表彰建材行业的杰出科技成果。经中国建筑材料联合会和中国硅酸盐学会组成的奖励工作领导小组审定,共有6... 详细信息

建筑材料科学技术奖是面向全国建材行业的综合性、权威性科技奖励,分为基础研究类、技术发明类、技术进步类和科技公益类四类,旨在表彰建材行业的杰出科技成果。经中国建筑材料联合会和中国硅酸盐学会组成的奖励工作领导小组审定,共有67项成果荣获2022年度建筑材料科学技术奖。日前举行的2023年建筑材料行业大会对获奖项目进行了表彰。本期将重点介绍基础研究类一等奖的成果,以飨读者。

关键词：建筑材料行业科技成果中国硅酸盐学会获奖项目建材行业科学技术奖领导小组科技奖励

含氢环境中X80管线钢焊接接头氢脆敏感性研究

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材料保护 2024年第4期57卷 80-89页

作者：李天雷李科施岱艳冯敏杨志文陈迎锋王修云林元华于子峰中国石油工程建设有限公司西南分公司四川成都610041 西南石油大学新能源与材料学院四川成都610500 安科工程技术研究院(北京)有限公司北京102209 国家石油天然管网集团有限公司北京100000

为了探究管线钢焊接接头在氢气环境下断裂力学性能的变化,采用缺口拉伸原位充氢方法对X80钢母材、焊缝和热影响区进行12 MPa总压,0.36 MPa氢分压下的氢脆敏感性研究,采用高压慢应变速率拉伸试验机进行缺口拉伸测试,采用高压断裂韧性试... 详细信息

为了探究管线钢焊接接头在氢气环境下断裂力学性能的变化,采用缺口拉伸原位充氢方法对X80钢母材、焊缝和热影响区进行12 MPa总压,0.36 MPa氢分压下的氢脆敏感性研究,采用高压慢应变速率拉伸试验机进行缺口拉伸测试,采用高压断裂韧性试验机和高压腐蚀疲劳试验机对X80钢分别进行断裂韧性试验和疲劳裂纹扩展速率试验。结合断裂韧性试验和疲劳裂纹扩展速率试验对X80钢的裂纹扩展行为进行研究。结果表明:在相同条件下,相比母材和热影响区,焊缝位置的断面收缩率明显下降,表现出较高的氢脆敏感性;与常温常压空气中的原始数据相比,在0.36 MPa氢分压环境中焊缝位置的裂纹尖端张开位移(CTOD)值变化较小,断裂表面未出现二次裂纹;与在空气环境中相比,X80钢焊缝在0.36 MPa氢分压环境中的疲劳裂纹扩展速率增加了1个数量级,说明氢气能够增大材料的疲劳裂纹扩展速率,但根据实际管道压力波动情况,在0.36 MPa氢分压条件下X80钢的氢脆敏感性较小。

关键词： X80钢氢气焊接接头氢脆焊缝

表面处理对氧化钇和氧化镁稳定的氧化锆种植体晶相及断裂强度的影响

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北京大学学报（医学版） 2023年第4期55卷 721-728页

作者：丁茜李文锦孙丰博谷景华林元华张磊北京大学口腔医学院·口腔医院修复科国家口腔医学中心国家口腔疾病临床医学研究中心口腔生物材料和数字诊疗装备国家工程研究中心口腔数字医学北京市重点实验室北京100081 清华大学材料学院北京100084 北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191

目的:探索喷砂、喷砂加酸蚀对氧化钇和氧化镁稳定的氧化锆种植体表面晶相和断裂强度的影响。方法:通过计算机辅助设计(computer aided design,CAD)/计算机辅助制造(computer aided manufacture,CAM)技术,以氧化钇稳定的多晶四方相氧化锆... 详细信息

目的:探索喷砂、喷砂加酸蚀对氧化钇和氧化镁稳定的氧化锆种植体表面晶相和断裂强度的影响。方法:通过计算机辅助设计(computer aided design,CAD)/计算机辅助制造(computer aided manufacture,CAM)技术,以氧化钇稳定的多晶四方相氧化锆(yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystal,Y-TZP)和氧化镁稳定的氧化锆(magnesia partially stabilized zirconia,Mg-PSZ)两种材料加工标准试件及种植体,分为不处理组(对照组)、喷砂组和喷砂加酸蚀组3组,观察表面显微形貌并计算表面粗糙度。采用X射线衍射仪进行物相分析,通过静力试验获得各组种植体的断裂强度。结果:喷砂、喷砂加酸蚀处理显著增加了Y-TZP和Mg-PSZ两种种植体的表面粗糙度[轮廓算术平均偏差(Ra)值](P0.99)。结论:表面喷砂能够提高Y-TZP种植体的断裂强度,而表面喷砂和喷砂加酸蚀处理均会降低本研究中制备的Mg-PSZ种植体的断裂强度。

关键词：牙种植体氧化锆氢氟酸表面特性扫描电子显微镜

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电容储能的构型熵调节

Science Bulletin 2023年第15期68卷 1603-1605页

作者：戚俊磊陈怡颖刘亦谦杨兵兵南策文林元华 State Key Laboratory of New Ceramics and Fine Processing School of Materials Science and EngineeringTsinghua UniversityBeijing 100084China Innovation Team for New High Volumetric Efficient MLCC Materials and Devices Foshan(Southern China)Institute for New MaterialsFoshan 528000China

Dielectric materials play a crucial and unique role in modern advanced electrical and electronics engineering applications,lending their applicability to their desirable characteristics such as ultrafast charge/discha... 详细信息

关键词：构型熵 cycling electrical

高速固体颗粒冲击下30CrMo钢的冲蚀机理测试研究

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表面技术 2023年第9期52卷 135-145页

作者：刘冰刘旭邓宽海林元华周念涛梅宗斌李双贵西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室成都610500 西南石油大学新能源与材料学院成都610500 四川省天然气管道投资有限责任公司成都610084 四川华宇钻采装备有限公司四川泸州646000 中国石化西北油田分公司石油工程技术研究院乌鲁木齐830011

目的随着中国西北部地区油气勘探开发难度不断增加,钻井井控装置的节流管汇面临日益严重的高速颗粒冲蚀磨损问题,为有效支撑节流管汇的冲蚀预测、结构优化以及防冲蚀措施制定等工作的开展。方法依据标准ASTM-G76,采用气-固喷嘴冲蚀试验... 详细信息

目的随着中国西北部地区油气勘探开发难度不断增加,钻井井控装置的节流管汇面临日益严重的高速颗粒冲蚀磨损问题,为有效支撑节流管汇的冲蚀预测、结构优化以及防冲蚀措施制定等工作的开展。方法依据标准ASTM-G76,采用气-固喷嘴冲蚀试验法,使用空气射流冲蚀试验机,开展了节流管汇材料30CrMo钢的冲蚀试验,并利用三维显微镜、扫描电镜(SEM)等设备,对试验结果进行了失重分析、三维轮廓分析和微观形貌分析。结果冲蚀速率随冲击角(15°~90°)增加而减小,随颗粒冲击速度(107~149 m/s)增加而增大;冲蚀面积随冲击角增加而减小,几乎不随颗粒冲击速度变化;冲蚀深度随冲击角增加而先增大后减小(在60°冲击角附近最大),随颗粒冲击速度增加而增大;30CrMo钢的冲蚀机制受冲击角影响,不受颗粒冲击速度影响;在低冲击角(15°、30°)下以犁削机制为主,在中等冲击角(45°)下以犁削、压实与开裂的混合机制为主,在高冲击角(60°、90°)下则以压实与开裂机制为主。结论高速固体颗粒冲击下30CrMo钢的材料移除过程为典型的塑性材料冲蚀行为;冲击角通过冲蚀机制影响冲蚀速率,颗粒冲击速度通过颗粒冲击能量影响冲蚀速率;建立了30CrMo钢的冲蚀速率方程,可直接用于材料抗冲蚀性能的横向对比或冲蚀CFD模型建立及仿真模拟;提升材料耐冲蚀性能及降低磨料质量分布密度可以减小冲蚀深度。

关键词：冲蚀磨损 30CrMo 冲蚀试验气固两相流冲蚀速率方程冲蚀机理