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管道内壁施镀装置研制及Ni-PTFE复合镀层的工艺研究

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管道内壁施镀装置研制及Ni-PTFE复合镀层的工艺研究

作者：冷昊远河南科技学院

学位级别：硕士

随着石油化工领域和机械制造领域的快速发展,我国管道总里程数量在不断增多,每年因为管道内壁损坏而造成管道失效的问题也逐年增加,因此对管道内壁的防护问题展开研究迫在眉睫。据研究在管道内壁制备耐腐蚀性能和耐磨性能较好的防护涂... 详细信息

随着石油化工领域和机械制造领域的快速发展,我国管道总里程数量在不断增多,每年因为管道内壁损坏而造成管道失效的问题也逐年增加,因此对管道内壁的防护问题展开研究迫在眉睫。据研究在管道内壁制备耐腐蚀性能和耐磨性能较好的防护涂层可以有效的提高管道的使用寿命,进而达到减少事故发生和节约经济的目的。常用的管道内壁防护方法有很多,例如喷涂法、电化学沉积法、物理气相沉积法、化学气相沉积法以及溶胶-凝胶法。但无论哪一种管道内壁的防护方法都存在有一定的优势和一定的缺陷,例如喷涂法所制备的涂层表面形貌较差且均匀性也较差;电化学沉积法由于阳极难以伸入到阴极管道内壁当中,因此不适用于在长距离管道内壁制备涂层;而物理气相沉积法所用设备尺寸较大不适用于在直径较小的管道内制备涂层;化学气相沉积法虽然涂层质量较好但所用温度较高,且沉积速率较低;溶胶-凝胶法所用原材料较为昂贵且试验周期较长。而在诸多涂层制备方法中,电化学沉积法由于具有较好的综合性能,因此本文采用电化学沉积法中的电刷镀技术,设计并搭建出管道内壁施镀装置,解决阳极难以伸入到阴极管道内壁当中的问题。通过管道内壁施镀装置在金属管道内壁制备出减磨耐磨性能和耐腐蚀性能较好的镀层,增强金属管道内壁的防护性能,提高金属管道的使用寿命。本文主要研究工作和结果如下:(1)搭建平面电刷镀实验平台,通过对电压、镀液温度、PTFE添加量和阴阳极相对速度进行四组单因素试验,以镀层的减摩耐磨性能为评价指标,确定较优工艺参数,得出较优工艺参数为:电压6V,镀液温度35℃,PTFE添加量20ml/L,阴阳极相对速度12m/min。其次对电刷镀实验结果进行表面形貌、显微硬度和耐腐蚀性能分析,结果表明Ni-PTFE复合镀层性能优于纯Ni镀层,PTFE粒子明显的提高了镀层的物理化学性能。本部分内容为制备管道内壁Ni-PTFE复合镀层提供工艺参数基础以及电刷镀实验经验。(2)根据内径为80mm的金属管道,对管道内壁施镀装置进行整体设计,并明确其工作原理。对关键零部件刷头和车体进行设计,并对电机、轴承以及联轴器等零部件进行选取。采用Ansys Workbench软件对所设计的零部件进行静态应力应变分析,根据静态应力应变分析结果可知装置部件最大变形量合理,以此确保管道内壁施镀装置在运行过程中稳定可靠。试验表明:本部分内容所设计的管道内壁施镀装置结构合理,可以在管道内壁稳定运行,为在金属管道内壁制备出防护性能较好的镀层提供保障。(3)搭建管道内壁镀层制备实验平台。将电净工艺和活化工艺用碱除油和盐酸浸泡并辅以超声振动的方法代替,以此来优化电刷镀预处理工艺。制定管道内壁制备NiPTFE复合镀层的试验方案。最后在较优工艺条件下制备Ni-PTFE复合镀层,并进行表面形貌分析、显微硬度分析、耐腐蚀性能分析、减磨耐磨性能分析,与在管道内壁所制备的纯Ni镀层和管道基体相对比,获得了性能较好的管道内壁镀层,从而提高管道内壁的防护性能,进而提高了管道的使用寿命。通过在45号钢平面上制备Ni-PTFE复合镀层,探究了PTFE和Ni的沉积机理,明确了复合电刷镀制备Ni-PTFE复合镀层的较优工艺参数,并设计结构合理的管道内壁施镀装置,改善电刷镀预处理工艺,最终通过管道内壁施镀装置在金属管道内壁制备了减磨耐磨性能和耐腐蚀性能较好的Ni-PTFE复合镀层,进一步提高了金属管道内壁的防护性能和使用寿命。

关键词：复合电刷镀有限元分析管道内壁减摩耐磨性能耐腐蚀性能

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基于石墨烯的微纳复合结构池沸腾换热特性

基于石墨烯的微纳复合结构池沸腾换热特性

作者：李亚华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

随着科技发展进步,无论从传统高耗能行业节能还是从新兴高技术领域高热流电子器件的散热需求,都对强化换热技术提出了更高的要求。由于微纳米技术的进步,人们已经制备出了多种微纳米结构,并用于强化池沸腾换热的研究。石墨稀材料是目前... 详细信息

随着科技发展进步,无论从传统高耗能行业节能还是从新兴高技术领域高热流电子器件的散热需求,都对强化换热技术提出了更高的要求。由于微纳米技术的进步,人们已经制备出了多种微纳米结构,并用于强化池沸腾换热的研究。石墨稀材料是目前已知的材料中厚度最小的,也是导热性能最好的,具有很高的导热系数,是一种优秀的强化传热材料。本文主要围绕氧化石墨烯/镍复合材料表面和氧化石墨烯/银/镍复合材料表面的制备,及其对池沸腾换热的影响两个方面的进行了研究。实验中我们在特殊镍电镀液中加入了氧化石墨烯和银纳米颗粒,其中银纳米颗粒的直径大约为20nm,氧化石墨烯颗粒的片径为0.5-3μm,厚度为0.9-1.2nm。采用复合电刷镀的方法在铜表面上制备了镀镍表面、氧化石墨烯/镍复合材料表面和氧化石墨烯/银/镍复合材料表面,测试了各个表面在硬脂酸氟化处理前后的接触角和粗糙度等特征参数。根据扫描电子显微镜和表面轮廓仪等设备的测试结果,在电沉积过程中氧化石墨烯薄片改变了镍的结晶过程,打断了镍晶粒的正常生长,促成了新的结晶晶核的产生,从而改变了镍基复合材料结构,生成直径更小的晶粒。与镀镍表面不同,氧化石墨烯/镍复合材料表面和氧化石墨烯/银/镍复合材料表面具有多孔结构和很高的粗糙度,这主要是因为镍在纯镍表面和石墨烯表面的生长方向不同造成的。本文中实验所用加热面分为两类,一类是经过硬脂酸氟化处理的疏水表面,另一类没有经过处理的亲水表面,总体来讲,经过硬脂酸处理的表面换热性能优于未作处理的。氧化石墨烯/镍复合材料表面和氧化石墨烯/银/镍复合材料表面的临界热流密度相对于镀镍表面分别提高了82.1%和61.2%,经过硬脂酸修饰后,分别提高了97.7%和70.7%。对于最大换热系数而言,氧化石墨烯/镍复合材料表面和氧化石墨烯/银/镍复合材料表面的临界热流密度相对于镀镍表面分别提高了40.7%和63.1%,经过硬脂酸修饰后,分别提高了133.7%和78.3%。一般而言,亲水表面的沸腾换热性能是优于疏水表面的,但是本实验的结果中疏水表面换热性能是优于亲水表面的,这主要是由于经过硬脂酸修饰后,多孔结构表面呈疏水性,气泡脱离阻力小,多孔层内部仍然亲水,具有一定的吸液能力。

关键词：氧化石墨烯复合电刷镀微纳复合结构池沸腾换热

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静音球轴承用“绒面”钢球加工工艺研究

静音球轴承用“绒面”钢球加工工艺研究

作者：赵永涛河南农业大学

学位级别：硕士

钢球作为球轴承零件中最薄弱的环节，对球轴承振动、噪音的影响比例大致为：外圈：内圈：钢球=1：3：7，对轴承寿命的影响也在60％以上。而且许多实验表明：表面呈现网状纹理形貌的“绒面”钢球，有利于钢球和套圈之间的点接触区域形成... 详细信息

钢球作为球轴承零件中最薄弱的环节，对球轴承振动、噪音的影响比例大致为：外圈：内圈：钢球=1：3：7，对轴承寿命的影响也在60％以上。而且许多实验表明：表面呈现网状纹理形貌的“绒面”钢球，有利于钢球和套圈之间的点接触区域形成全膜弹流润滑层，使得轴承的润滑状态得到改善，从而实现轴承减振降噪和提高寿命的目的。因此问题的关键是能加工出表面具有“绒面”纹理形貌的钢球。本文提出了用超硬超细研磨板加工“绒面”钢球的方法。本课题中首先采用镍-铁-金刚石复合电刷镀的方法处理钢球研磨板。试验中加入粒度为W0.5的金刚石微粉，通过反复多次的试验，确定出了镍-铁-金刚石复合电刷镀中的各项工艺参数，包括电压、镀笔和工件的相对速度、金刚石微粉的加入量、温度等等工艺参数;成功的试制成了覆盖有镍-铁-金刚石复合电刷镀层的钢球研磨板。然后利用制成的钢球研磨板对钢球进行超精磨削加工，加工出了表面具有网状纹理形貌的“绒面”钢球，利用仪器测量钢球表面的粗糙度值达到了0.015μm，表面波纹度值达到了0.006μm，圆度达到了0.010μm，球批直径变动量小于0.015μm。然后对加工出的“绒面”钢球在洛阳轴承集团进行了合套测振试验，测振试验结果表明：振动值达到Z2组的比例达到98％，比用研磨工艺制得的钢球合套后测得的振动值数据高出60个百分点;振动值达到Z3组的比例高达到83～97％，比用研磨工艺制得的钢球合套后测得的振动值数据高出77～90个百分点。结果表明采用新方法加工出来的钢球合套后的振动值比精研加工出来的钢球合套后的振动值下降了5～7dB，接近或达到了国际先进水平。

关键词：球轴承绒面钢球轴承振动复合电刷镀金刚石微粉

纳米颗粒增强Ni-W-Co复合刷镀层制备及性能研究

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纳米颗粒增强Ni-W-Co复合刷镀层制备及性能研究

作者：蓝花华中科技大学

学位级别：硕士

本文首先采用正交试验的方法，对影响镀层性能的刷镀电压、阴阳极相对运动速度、镀液pH值和络合剂浓度四个参数进行了优化，获得致密的硬度高的Ni-W-Co镀层。其具体结果如下：刷镀电压12-14V，相对运动速度10m/min，pH值为1.5，络合剂... 详细信息

本文首先采用正交试验的方法，对影响镀层性能的刷镀电压、阴阳极相对运动速度、镀液pH值和络合剂浓度四个参数进行了优化，获得致密的硬度高的Ni-W-Co镀层。其具体结果如下：刷镀电压12-14V，相对运动速度10m/min，pH值为1.5，络合剂浓度为30g/L。在优化工艺条件下获得的纯Ni-W-Co镀层显微硬度为608HV，沉积速度约为1.82μm/min。在优化工艺的基础上，制备了纳米颗粒复合镀层。利用SEM、XRD、DHV-1000显微硬度计、电化学工作站和MM-200磨损试验机等设备，对镀层的形貌和组织结构、显微硬度进行了表征，并深入研究了复合镀层的电化学腐蚀性能和滑动磨损性能，对其抗腐蚀机理和抗磨损机理进行了深入探讨。纳米颗粒复合镀层表面平整致密，晶粒明显细化，镀层厚度均匀，与基体结合良好。纳米颗粒的引入并没有改变镀层的晶态结构，但却使其晶粒的择优取向发生了变化。由此可见，纳米颗粒对镀层的沉积过程产生了影响，并起到了细晶强化的作用。硬质纳米颗粒（SiC或CNTs）的引入，使复合镀层硬度显著提高，且在SiC含量为10g/L时复合镀层的硬度达到最大值720HV，CNTs含量为15g/L时复合镀层的硬度达到最大值780HV。而润滑性纳米颗粒PTFE却使复合镀层的硬度下降，在PTFE含量为25g/L时低至416HV。当硬质纳米颗粒和润滑性纳米颗粒同时引入镀层中时，复合镀层的硬度都受到这两种颗粒的影响，其影响程度取决于纳米颗粒的性质和含量。极化曲线测量结果显示，在阳极腐蚀初期，因纳米颗粒的物理阻滞效应，复合镀层的抗电化学腐蚀性能优于纯镀层。当腐蚀进行到一定程度时，局部腐蚀作用强于少量纳米颗粒的阻滞效应，导致在腐蚀后期其抗电化学腐蚀性能下降。磨损试验结果表明，复合镀层的抗滑动磨损性能均优于纯镀层的抗滑动磨损性能。主要原因是硬质纳米颗粒（SiC或CNTs）使复合镀层硬度提高，抗犁削作用增强，而润滑性纳米颗粒PTFE使复合镀层的摩擦系数降低。硬质的和润滑性的纳米颗粒同时加入镀层中时，这两种颗粒的互补作用，使该类复合镀层的抗磨损性能最优。

关键词：复合电刷镀纳米颗粒电化学腐蚀耐磨损

柔性MnO2/EGP复合电极材料的可控制备与超电容性能研究

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柔性MnO2/EGP复合电极材料的可控制备与超电容性能研究

作者：李雪芹南昌航空大学

学位级别：硕士

柔性超级电容器(SCs)是目前各种可穿戴电子设备的潜在储能器件,具有优异的充放电速率、高的输出功率密度和长的服役寿命(>100000次)等优点。Mn O拥有理论比容量高(1370 F g)、资源丰富、易合成、环境友好等优点,但差的导电性、低的利用... 详细信息

柔性超级电容器(SCs)是目前各种可穿戴电子设备的潜在储能器件,具有优异的充放电速率、高的输出功率密度和长的服役寿命(>100000次)等优点。Mn O拥有理论比容量高(1370 F g)、资源丰富、易合成、环境友好等优点,但差的导电性、低的利用率及较高的脆性阻碍了其作为柔性超级电容器电极材料的规模化应用。本论文采用阴极电活化法利用石墨纸(GP)制备了膨胀石墨纸(EGP),使用阳极电沉积和复合电刷镀法分别在EGP集流体上沉积了Mn O和CNT@Mn O复合镀层,应用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、循环伏安法(CV)、恒流充放电法(GCD)等表征分析了柔性复合电极的成分、结构和超电容性能。研究表明,采用阴极恒流法剥离形成的EGP具有较多的石墨烯纳米片,产生了更多的可接触面积,更好的导电性和亲水性。恒压电沉积的Mn O/EGP在0.25 A g的电流密度下显示出293 F g的质量比电容,大于Mn O/GP(195.8 F g);5 A g下循环4000次的电容保持率为100%,远高于Mn O/GP(70%)。在Mn O/EGP//活性炭(AC)/碳纤维布(CFC)非对称超级电容器(ASC)器件测试中,6000次充放电循环测试后显示出70%的电容保持率,1000.6 W kg功率密度时,实现了28.1 Wh kg的能量密度(1 A g)。使用Mn O/EGP//AC/CFC ASC对小时钟进行供电,成功点亮小时钟。采用复合电刷镀法,通过改变刷镀电压和镀液中CNTs含量,将CNTs和Mn O共沉积在EGP表面,成功制备了柔性CNT@Mn O/EGP复合电极。经过CNTs复合后,电极的电容性能得到改善,因为CNTs与Mn O形成了3D网络结构,复合电极柔韧性和导电性能提高。在刷镀电压为10 V,CNTs含量为1.5 g L时制备的10-1.5-CNT@Mn O/EGP电极在充放电速率为0.5 A g的质量比电容为275 F g(Mn O/EGP为211 F g),当充放电速率增加到20 A g,质量比电容为146 F g(Mn O/EGP为74 F g),其比电容和倍率性能与未加CNTs的Mn O/EGP相比大幅提高。4000次循环后,10-1.5-CNT@Mn O/EGP展现出100%的电容保持率(10 A g)。利用10-1.5-CNT@Mn O/EGP组装了10-1.5-CNT@Mn O/EGP//AC/CFC ASC,10 A g电流密度下进行了4000次循环测试拥有91%电容保持率;能量密度为36.3 Wh kg时,功率密度达到了126.2 W kg,并在实际应用中成功的点亮LED灯。

关键词：二氧化锰纳米碳材料电沉积复合电刷镀非对称超级电容器

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纳米金刚石的复合镀技求

磨料磨具通讯 2008年第1期 1-4,35页

作者：王光祖崔仲鸣郑州磨料磨具磨削研究所南京航空航天大学

1概述1．1何谓复合镀技术？复合镀技术是指采用电镀、电刷镀、化学镀等工艺制备复合镀层（材料）的技术。复合镀技术是复合电镀、复合电刷镀、复合化学镀等技术的泛称。复合有两层含义：第一层含义是向电镀溶液、电刷镀溶液、化学镀溶... 详细信息

1概述1．1何谓复合镀技术？复合镀技术是指采用电镀、电刷镀、化学镀等工艺制备复合镀层（材料）的技术。复合镀技术是复合电镀、复合电刷镀、复合化学镀等技术的泛称。复合有两层含义：第一层含义是向电镀溶液、电刷镀溶液、化学镀溶液中添加不溶性固体颗粒材料，把这种添加的过程叫做“复合”；

关键词：复合镀层纳米金刚石复合化学镀复合电刷镀复合电镀电镀溶液颗粒材料电刷镀溶液

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镍基复合刷镀层研究

现代机械 2005年第5期 39-40页

作者：艾薇高志潘红良张菁菁艾红长江大学机械学院湖北荆州434023 华东理工大学机械学院上海200237 湖北省孝感市供电局湖北孝感432100

在快速镍电刷镀技术的基础上,研究了在镀液中加入石墨微粒,通过改变镀液浓度、电压、pH值以及镀速等条件,达到改变镀层的耐磨性。通过正交实验法优化确定了Ni-石墨复合电刷镀镀液较佳的浓度配制。并分析了电刷镀镀液各成分在刷镀中的作... 详细信息

在快速镍电刷镀技术的基础上,研究了在镀液中加入石墨微粒,通过改变镀液浓度、电压、pH值以及镀速等条件,达到改变镀层的耐磨性。通过正交实验法优化确定了Ni-石墨复合电刷镀镀液较佳的浓度配制。并分析了电刷镀镀液各成分在刷镀中的作用以及它们对镀速的影响。从而提出了一套较完整的Ni-石墨复合电剧镀工艺方案。

关键词：工艺电刷镀 Ni-石墨复合镀层复合刷镀层电刷镀技术镍基石墨微粒复合电刷镀正交实验法工艺方案镀液快速镍

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第一讲装备再制造技术(五)

中国设备工程 2008年第3期 62-65页

作者：徐滨士装甲兵工程学院北京100072

（4）纳米复合电刷镀工艺①纳米复合电刷镀的一般工艺过程纳米颗粒复合电刷镀技术的一般工艺过程与普通电刷镀基本相同,见表7。在实际刷镀时,根据工件的材料、尺寸、表面热处理状态、技术要求、镀层厚度及工件条件等因素,正确选择纳米... 详细信息

（4）纳米复合电刷镀工艺①纳米复合电刷镀的一般工艺过程纳米颗粒复合电刷镀技术的一般工艺过程与普通电刷镀基本相同,见表7。在实际刷镀时,根据工件的材料、尺寸、表面热处理状态、技术要求、镀层厚度及工件条件等因素,正确选择纳米复合镀液体系以及镀件极性、电压（电流）大小、相对运动速度等工艺参数,合理安排工序。

关键词：再制造技术电刷镀技术复合电刷镀装备相对运动速度工艺过程纳米颗粒纳米复合

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名刊新载

表面工程资讯 2003年第4期3卷 44-46页