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航空钛合金激光3D梯度改性修复高温腐蚀行为研究

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应用激光 2014年第6期34卷 481-486页

作者：崔爱永胡芳友杨磊魏华凯张家海海军航空工程学院青岛校区航空机械系山东青岛266041

研究了钛合金梯度改性修复结构在800℃下氯化钠、硫酸钠混合盐中的高温腐蚀行为;计算了腐蚀动力学规律;利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等分析了宏、微观形貌和相组成。结果表明:修复结构有较好的抗熔盐腐蚀性能,腐蚀线性速度常数仅... 详细信息

研究了钛合金梯度改性修复结构在800℃下氯化钠、硫酸钠混合盐中的高温腐蚀行为;计算了腐蚀动力学规律;利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等分析了宏、微观形貌和相组成。结果表明:修复结构有较好的抗熔盐腐蚀性能,腐蚀线性速度常数仅为Ti600基材的39%,且二者的腐蚀动力学曲线均基本符合直线变化规律;Ti600表面腐蚀层呈多层结构,剥落现象严重,主要由疏松的金红石结构的TiO2和少量TiS、TiCl3等颗粒状粗大晶粒,以多面体规则形状堆垛,呈岛状分布,厚度180μm;修复结构表面腐蚀层覆盖均匀且薄,主要为细小的TiO2和少量Cr2O3、TiS等颗粒状氧化物,可分为外疏松层和内致密层,外疏松层较薄,内致密层致密且均匀,厚度约50μm;钛、铬的含量沿厚度方向由外向内逐渐增加,氧的分布规律相反。

关键词：激光技术激光3D修复梯度改性高温腐蚀

等离子体表面阶跃型梯度硅沉积对环氧树脂闪络性能的影响

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电工技术学报 2022年第9期37卷 2377-2387页

作者：闫纪源梁贵书段祺君阮浩鸥康玉婵彭程凯谢庆华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 华北电力大学电力与电子工程系保定071003

气体绝缘输电线路内的盆式绝缘子长期处于非均匀电场中,局部高场强引起的表面电荷积聚会进一步畸变外部电场,造成局部放电甚至引发沿面闪络。常规均匀改性手段难以兼顾不同场强区域的绝缘需求,对整体绝缘性能的提升难以达到最佳效果。... 详细信息

气体绝缘输电线路内的盆式绝缘子长期处于非均匀电场中,局部高场强引起的表面电荷积聚会进一步畸变外部电场,造成局部放电甚至引发沿面闪络。常规均匀改性手段难以兼顾不同场强区域的绝缘需求,对整体绝缘性能的提升难以达到最佳效果。该文采用大气压等离子体射流技术实现氧化铝/环氧树脂表面的等离子体阶跃型梯度硅沉积,测量了改性前后材料的理化特性和表面电气参数。结果表明,采用等离子体表面阶跃型梯度硅沉积会在材料表面覆盖不同厚度的硅氧类薄膜,使样片的表面粗糙度、表面电导率和陷阱能级呈阶跃型梯度分布,进而调控样片表面不同区域的电荷消散速率,使沿面闪络电压最多提升31.1%,明显高于未改性和均匀改性材料。分析表明,一方面构造梯度分布的表面电导率可以有效降低针-针电极的最大电场强度,减小电场畸变;另一方面,加快高场强区表面电荷消散并适当控制低场强区表面电荷消散速率时,才能最大程度地提升材料沿面闪络性能。

关键词：等离子体环氧树脂梯度改性表面电荷沿面闪络

等离子体梯度氟化提升非均匀电场下环氧树脂沿面闪络性能的研究

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绝缘材料 2023年第10期56卷 75-83页

作者：谢珂卢森微邵春谢子豪宋岩泽闫纪源谢军贵州电网有限责任公司安顺供电局贵州安顺561000 华北电力大学河北保定071000

在高压直流电场下环氧树脂表面的微粒和缺陷会使局部电场发生畸变,形成非均匀电场,进而诱发沿面闪络。现有环氧树脂表面改性方案大多关注于处理的均匀程度,对非均匀电场下的耐压性能提升有限。本文针对非均匀电场开展仿真研究,结合电场... 详细信息

在高压直流电场下环氧树脂表面的微粒和缺陷会使局部电场发生畸变,形成非均匀电场,进而诱发沿面闪络。现有环氧树脂表面改性方案大多关注于处理的均匀程度,对非均匀电场下的耐压性能提升有限。本文针对非均匀电场开展仿真研究,结合电场特点进行针对性的梯度改性方案设计,将等离子体氟化改性技术与梯度绝缘理念相结合,在传统氟化改性的基础上实现了对环氧树脂的等离子体阶跃型梯度氟化改性。结果表明:等离子体阶跃型梯度氟化使环氧树脂的表面微观形貌、化学组分和电气性能均呈现出阶跃型梯度分布,既可以降低环氧树脂的表面场强最大值,又可以调控界面电荷动态行为,大幅提升环氧树脂的沿面闪络性能,提升效果优于等离子体均匀氟化。

关键词：等离子体改性环氧树脂表面特性沿面闪络梯度改性

高镍正极材料LiNi1-xMgxO2的制备及改性研究

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高镍正极材料LiNi1-xMgxO2的制备及改性研究

作者：王珊哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

LiNiO作为较早发现具有应用前景的锂离子电池正极材料,具有275mAh/g的理论放电比容量,但因难以制备准确化学计量比的目标材料及较严重的Li-Ni混排,使其在充放电过程中易发生层状结构塌陷,从而导致循环和倍率性能达不到使用要求,这种结... 详细信息

LiNiO作为较早发现具有应用前景的锂离子电池正极材料,具有275mAh/g的理论放电比容量,但因难以制备准确化学计量比的目标材料及较严重的Li-Ni混排,使其在充放电过程中易发生层状结构塌陷,从而导致循环和倍率性能达不到使用要求,这种结构塌陷还会导致安全隐患,故一直都没有进入市场化进程。目前解决LiNiO阳离子混排严重的方法一般都是添加过渡金属元素用以稳定结构,减小阳离子混排,从而起到改善循环性能的目的。加入的金属元素为Mg、Al、Mn、Co、Nb、W等,其中Mg作为掺杂金属元素,具有获取简单、矿产资源丰富的优势。本文通过对比不同层状材料,选取以镍基材料为基础掺杂Mg元素的二元正极材料为主要研究方向,利用优化的化学共沉淀方法制备不同镍镁比例的正极材料LiNiMgO(x=0.05、0.1、0.2)。通过探究不同煅烧温度、煅烧时间与锂配比,制备得到具有较好电化学性能的高镍二元正极材料。为进一步改善材料晶体内部应力,提升循环性能,对二元镍镁正极材料进行梯度设计,利用可调控手段从梯度变化观察微观层状结构的演变,从而进一步提升材料的电化学性能。使用共沉淀法制备不同镍镁比的前驱体,以Ni、Mg各自硫酸盐为起始原料,NaOH作为沉淀剂,氨水作为络合剂,按化学计量比均匀加入共沉淀反应釜制备前驱体。通过实验得知,不同镍镁比前驱体的二次晶粒疏松度不同,镍镁比为95:05的前驱体具有致密、均一、球形度好等优点,并且具有较高的放电比容量及良好的循环保持率,其首次放电比容量为216.4 mAh/g,电流倍率为1 C时充放电100次的循环保持率为89.6%。在选定镍镁比为95:05的正极材料作为研究对象时,探究了不同煅烧温度及锂配比对材料电池性能的影响,结果显示,当锂配比为1.06时的镍镁比为95:05的正极材料于700℃煅烧电流倍率为0.1 C时放电比容量最高为218.7 mAh/g。在Mg含量较少的情况下,通过优化共沉淀法合成了改性的镍镁比为95:05的正极材料,NiMg(OH)前驱体具有富Ni内核及富Mg外壳的特点。通过这种元素梯度分布的方式,既保持了高容量,也使电池在充放电过程中因内部应力导致的结构坍塌的情况有所缓解。通过测量电化学性能及其它表征测试最终得到电流倍率为0.1 C时的放电比容量225.6 mAh/g,1 C循环100次循环保持率为95.3%,电化学性能优于目前报道的同化学计量比的正极材料。

关键词：二元镍镁正极材料镍镁比煅烧温度锂配比梯度改性

等离子体梯度处理及其对环氧树脂表面电气性能影响研究

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等离子体梯度处理及其对环氧树脂表面电气性能影响研究

作者：廉洪亮华北电力大学

学位级别：硕士

气体绝缘输电线路(Gas insulated metal closed transmission lines,GIL)因其传输容量大、运行稳定性好、电容负荷小、受地理环境影响小等优点而得到广泛应用。但是GIL内部的环氧树脂(Epoxy Resin,EP)盆式绝缘子在长期运行时会积累大量... 详细信息

气体绝缘输电线路(Gas insulated metal closed transmission lines,GIL)因其传输容量大、运行稳定性好、电容负荷小、受地理环境影响小等优点而得到广泛应用。但是GIL内部的环氧树脂(Epoxy Resin,EP)盆式绝缘子在长期运行时会积累大量表面电荷,进而引发沿面闪络,严重损害绝缘性能,威胁电气设备的安全稳定运行。目前对环氧树脂进行的表面改性多为均匀处理,但实际工况下绝缘子所处电场环境并非均匀分布,均匀化的表面改性手段难以达到最优效果。因此,本文利用大气压等离子体射流(Atmospheric Pressure Plasma Jet,APPJ)技术对EP表面进行梯度改性,并对处理前后样品的表面理化特性及电气性能进行探究,构造表面电荷及电气参数的梯度分布,实现沿面绝缘性能的有效调控。首先,搭建了APPJ梯度改性平台、绝缘材料表面电荷动态扫描平台及闪络电压测试平台。通过对环氧树脂的氩气梯度物理刻蚀,研究表面物理形貌梯度分布对环氧树脂表面电气性能的影响。结果表明:等离子体梯度物理刻蚀使材料表面粗糙度呈现梯度式分布,并且表面电导率和表面电荷消散速率均有提升。改性后样品闪络电压最高达到了11.2k V,比未处理的样品提高了将近20%。其次,为了研究表面化学元素的梯度改性对环氧树脂表面电气性能的影响,本文以四氟化碳(CF)及正硅酸乙酯(TEOS)为前驱物,对环氧树脂表面进行等离子体氟化梯度处理及硅沉积梯度处理。研究发现:两种梯度改性均可以改变绝缘材料表面粗糙度,提高绝缘材料表面电导率、表面电荷消散速率。在氟化梯度处理下,样品闪络电压最高达到了11.7k V,比未处理的样品提高了25%。在硅沉积梯度处理下,闪络电压达到了14.5k V,比未处理的样品提高了50%。此外,研究了等离子体F、Si二元梯度处理对环氧树脂表面电气性能的影响,以F-Si-F组合梯度及Si-F-Si组合梯度为例进行了探索。研究表明,与未处理和其它梯度处理的样品相比,F、Si二元组合梯度改性后的样品闪络性能明显提高。Si-F-Si组合梯度尤为明显,闪络电压最高达到了16.2k V,相对于未处理样品提高了近一倍。最后,对其机理进行了如下解释:通过COMSOL仿真发现,表面电导率梯度分布可以有效地优化针-针电极下环氧树脂表面的电场分布。表面均匀改性使环氧树脂表面特性均匀分布,电荷由高压电极快速向地电极移动,导致参与放电的电荷较多,限制了闪络电压的提升效果。梯度改性可以加速高场强区的表面电荷消散速率,控制低场强区的表面电荷消散率,进而抑制表面放电,最大程度上提高了闪络电压。综上所述,本文提出的绝缘材料等离子体表面梯度改性的方法为提高表面绝缘性能提供了一种新的思路。

关键词：等离子体环氧树脂梯度改性表面电荷闪络电压

等离子体表面梯度硅沉积对环氧树脂电气性能的影响

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强激光与粒子束 2021年第6期33卷 147-155页

作者：彭程凯闫纪源康玉婵宋岩泽张亚辉马国爽万子剑谢庆华北电力大学输变电设备安全防御重点实验室河北保定071000 华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206

环氧树脂作为常见的绝缘材料,在高压直流电场作用下易在其表面积累电荷,发生电场畸变,导致材料绝缘性能下降,影响电力系统运行可靠性。为改善气固界面的电荷特性和绝缘性能,在大气压等离子体射流技术的基础上,对环氧树脂表面进行等离子... 详细信息

环氧树脂作为常见的绝缘材料,在高压直流电场作用下易在其表面积累电荷,发生电场畸变,导致材料绝缘性能下降,影响电力系统运行可靠性。为改善气固界面的电荷特性和绝缘性能,在大气压等离子体射流技术的基础上,对环氧树脂表面进行等离子体梯度硅沉积处理。对改性前后环氧树脂表面理化特性、表面电导率、表面电荷消散和沿面耐压特性进行了多参数测量。实验结果表明,梯度改性对材料表面的物理形貌和化学组分均有明显影响,不同区域的电导率实现了梯度分布,加快了表面电荷消散速度,表面陷阱能级变浅;梯度改性后的样品沿面闪络电压提升幅度可达30.16%。通过等离子体表面梯度硅沉积处理能够改善环氧树脂表面电气性能,在高压直流设备的绝缘设计方面具有广阔的应用前景。

关键词：等离子体梯度改性硅沉积环氧树脂表面电导率沿面闪络

环氧树脂的等离子体表面梯度刻蚀及沿面闪络性能研究

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强激光与粒子束 2021年第6期33卷 129-137页

作者：闫纪源梁贵书康玉婵彭程凯万子剑吕天舒谢庆华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 华北电力大学电力与电子工程系河北保定071003

结合等离子体表面刻蚀方法与梯度改性方法,实现了氧化铝/环氧树脂表面的等离子体梯度刻蚀。利用扫描电子显微镜(SEM)、表面轮廓仪、X射线光电子能谱分析(XPS)、高阻计、闪络电压和表面电位测试系统,对比了未处理、等离子体均匀刻蚀、等... 详细信息

结合等离子体表面刻蚀方法与梯度改性方法,实现了氧化铝/环氧树脂表面的等离子体梯度刻蚀。利用扫描电子显微镜(SEM)、表面轮廓仪、X射线光电子能谱分析(XPS)、高阻计、闪络电压和表面电位测试系统,对比了未处理、等离子体均匀刻蚀、等离子体梯度刻蚀三种情况的样片表面形貌、化学元素和电气参数,研究了等离子体梯度刻蚀对沿面闪络性能的提升机理。结果表明,等离子体表面刻蚀可提升环氧树脂表面粗糙度、提高样片表面电导率、浅化陷阱能级以及提升沿面闪络电压。等离子体梯度刻蚀对闪络电压的提升效果要优于等离子体均匀刻蚀,相比于未处理样片最大可提升26.5%。分析认为针-针电极的电场分布可划分为三结合点处附近的高场强区和电极之间的低场强区,加快高场强区的表面电荷消散速率并适当控制低场强区表面电荷迁移速率,可以最大程度地提升样片整体的沿面闪络性能。

关键词：等离子体表面刻蚀环氧树脂梯度改性沿面闪络表面电荷