【摘要】：隨著油氣資源勘探開發(fā)不斷深入,油氣資源區(qū)域分布不平衡性進一步加劇,油氣資源管道輸送是解決這一問題的重大舉措。但是,超長管道長距離輸送,一旦發(fā)生局部管道泄漏或故障就會導(dǎo)致整個輸送線路的癱瘓。而且有時需更換整段的長距離輸送管道,導(dǎo)致油氣輸送停工、停產(chǎn)、生產(chǎn)成本增加等風(fēng)險。因此,提高管道設(shè)備的防護能力對于油氣資源的輸送具有重大意義。納米石墨烯材料在提高零部件性能及防護能力等方面表現(xiàn)出了良好性能,是近幾年來科研研究熱點課題。由于納米石墨烯電沉積技術(shù)工藝的復(fù)雜性,在管道上的應(yīng)用鮮有報道,為此本文提出針對管道內(nèi)表面電沉積鎳基石墨烯復(fù)合鍍層制備工藝技術(shù)進行研究�，F(xiàn)階段試驗檢測設(shè)備無法對管道曲面鍍層進行性能檢測分析,作者首先以平行板電沉積鎳基石墨烯復(fù)合鍍層為基礎(chǔ),以期作為管道石墨烯電沉積技術(shù)基礎(chǔ)和最佳工藝條件。首先對電沉積工藝原理進行理論分析,運用COMSOL Multiphysics多物理場仿真環(huán)境,建立納米材料電沉積仿真分析數(shù)學(xué)模型,獲得電沉積過程中鍍液物質(zhì)量濃度分布、電場強度分布及不同時間段鍍層沉積厚度變化特征。并以鍍層邊界效應(yīng)和均勻性為指標確定脈沖電流密度范圍和極板間距,為實驗研究提供理論基礎(chǔ)。其次,結(jié)合平板電極石墨烯電沉積實驗,研究單因素試驗研究陰極電流密度、氧化石墨烯濃度、脈沖占空比、脈沖頻率等工藝參數(shù)對電沉積鎳基石墨烯復(fù)合鍍層耐腐蝕性能的影響規(guī)律。在單因素試驗基礎(chǔ)上進行正交試驗,確定應(yīng)用于管道鎳基石墨烯電沉積工藝技術(shù)條件。建立適用于管道電沉積實驗裝置平臺,對管道鎳基石墨烯電沉積進行實驗研究。最后,通過對平行板純鎳鍍層、平行板鎳基石墨烯復(fù)合鍍層、管道純鎳鍍層、管道鎳基石墨烯復(fù)合鍍層的微觀組織結(jié)構(gòu)形貌、顯微硬度、鍍層厚度和鍍層耐腐蝕性檢測、對比分析和研究,得出針對管道鎳基石墨烯電沉積最佳工藝參數(shù)為:陰極電流密度4A/dm2、氧化石墨烯濃度0.07g/L、脈沖占空比30%、脈沖頻率1000Hz。
【圖文】：

現(xiàn)對模型進行二維建模，并對模型進行假設(shè)：鍍液無外部強制對流作用且分布均勻。電沉積體系物理模型如圖3.2 所示，其中電沉積中心為坐標點（0,0），極板長度 x 坐標范圍（-6.5~6.5），鎳板為陽極，尺寸為 40mm 13mm 2mm，陰極為 45#鋼板，尺寸為 40mm 13mm 2mm，電極間距為 7mm。脈沖電源陽極（鎳板）鍍液陰極（試件）鍍槽圖 3.1 平行板電沉積裝置簡圖 圖 3.2 平行板電沉積物理模型3.1.2 數(shù)學(xué)模型及仿真條件在電沉積模型中，離子的反應(yīng)和電場的分布情況具有時間依賴性，反應(yīng)能否順利進行取決于反應(yīng)離子的平衡和電中性條件。鍍液中離子的流量可由 Nernst-Planck 方程計算得出：iiiiiiiN D c zuFc （3.1）其中

第三章 電沉積鍍層仿真研究 · 0 iiNtc01 niiizc（3.2）在圖 3.2 平行板電沉積物理模型中為一個俯視的二維平面結(jié)構(gòu)，鍍槽圓形邊緣設(shè)置為絕緣，中間仿真區(qū)域代表電解質(zhì)溶液，電解質(zhì)上方長方形邊界代表陽極電極，下方長方形邊界代表陰極電極。陽極采用鎳板，陰極采用 45#鋼板。電鍍時間設(shè)定為 3600s。3.2 仿真結(jié)果及分析3.2.1 電鍍液電場濃度場云圖分布特征按上述條件施加 3A/dm2電流，鍍液溫度為 323K，極板間距為 7mm。在電沉積仿真 3600s 后電場分布如圖 3.3 所示，濃度場分布如圖 3.4 所示。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ153

【參考文獻】

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本文編號：2632476