利用"冷噴涂"多孔涂層制備技術(shù),在反應(yīng)堆壓力容器真實材料SA508Gr3碳鋼試驗件表面制備了微米尺度多孔涂層。通過可旋轉(zhuǎn)實驗裝置,在常壓下開展了下朝向不同角度條件下池沸騰SA508鋼試驗件光表面、冷噴涂涂層表面的臨界熱流密度（CHF）試驗研究,獲得了2種表面在不同傾角下的沸騰冷卻曲線。試驗結(jié)果表明,隨著傾角的增加,CHF增加;采用涂層表面的CHF始終高于光表面的CHF,CHF強(qiáng)化至少在25%以上;在多次加熱和冷卻循環(huán)后,多孔涂層表面保持足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。 

【文章來源】：核動力工程. 2020,41(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

試驗裝置圖Fig.1SchematicDiagramofTestDevice①—視窗；②—電加熱器；③—加熱銅塊；④—試驗件；⑤—加

32核動力工程Vol.41.No.5.2020圖2實驗流程圖Fig.2DetailedQuenchingProcedure法。熱電偶孔機(jī)械加工的不確定度為±0.02mm，K型熱電偶的不確定度為±0.5℃。因此，熱流密度計算的總不確定度約為7%。2多孔涂層制備技術(shù)冷噴涂技術(shù)的工作原理如圖3所示，與傳統(tǒng)的熱噴涂相比，由于冷噴涂的工作溫度遠(yuǎn)低于熱噴涂工作溫度，因而具備很多優(yōu)點：噴涂加工時噴涂材料不易被氧化；涂層內(nèi)的層間應(yīng)力低；涂層較致密，孔隙率可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整；噴涂材料利用率高，且材料粉末可以回收利用；可作為噴涂粒子的材料種類多[15-16]。本文中，采用氮氣作為噴涂高壓氣體，工作溫度和壓力分別為450℃和2.5MPa，噴涂速度為400m/s。在上述參數(shù)條件下，SA508鋼基底的溫度不超過75℃，從而有效降低了高溫對材料表面的熱影響。噴涂過程中選用高導(dǎo)熱系數(shù)和耐腐蝕性良好的金屬鈦粉末作為涂層材料，涂層厚度約300μm，孔隙率25%左右。圖4所示即為涂層圖4涂層表面電子顯微鏡示意圖Fig.4MicroscopicImageofCoatedSurface表面的電子顯微鏡截面示意圖，其中，黑色部分為多孔涂層的孔穴，白色部分為鈦粉末。3結(jié)果與討論SA508鋼光表面和涂層表面在不同傾角下的冷卻曲線分別如圖5和圖6所示。淬火實驗過程中，不同角度工況下的初始溫度雖然不完全一致，但是試驗件溫度均被加熱到最低膜態(tài)沸騰溫度300℃以上，因此對CHF值并無影響。溫度隨時間的變化關(guān)系反映出了完整的膜態(tài)沸騰、過渡沸騰、CHF以及核態(tài)沸騰的物理過程。CHF發(fā)生在圖5和圖6中冷卻曲線斜率最大位置處，且隨著傾角的增加而增加。相應(yīng)的冷卻

備很多優(yōu)點：噴涂加工時噴涂材料不易被氧化；涂層內(nèi)的層間應(yīng)力低；涂層較致密，孔隙率可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整；噴涂材料利用率高，且材料粉末可以回收利用；可作為噴涂粒子的材料種類多[15-16]。本文中，采用氮氣作為噴涂高壓氣體，工作溫度和壓力分別為450℃和2.5MPa，噴涂速度為400m/s。在上述參數(shù)條件下，SA508鋼基底的溫度不超過75℃，從而有效降低了高溫對材料表面的熱影響。噴涂過程中選用高導(dǎo)熱系數(shù)和耐腐蝕性良好的金屬鈦粉末作為涂層材料，涂層厚度約300μm，孔隙率25%左右。圖4所示即為涂層圖4涂層表面電子顯微鏡示意圖Fig.4MicroscopicImageofCoatedSurface表面的電子顯微鏡截面示意圖，其中，黑色部分為多孔涂層的孔穴，白色部分為鈦粉末。3結(jié)果與討論SA508鋼光表面和涂層表面在不同傾角下的冷卻曲線分別如圖5和圖6所示。淬火實驗過程中，不同角度工況下的初始溫度雖然不完全一致，但是試驗件溫度均被加熱到最低膜態(tài)沸騰溫度300℃以上，因此對CHF值并無影響。溫度隨時間的變化關(guān)系反映出了完整的膜態(tài)沸騰、過渡沸騰、CHF以及核態(tài)沸騰的物理過程。CHF發(fā)生在圖5和圖6中冷卻曲線斜率最大位置處，且隨著傾角的增加而增加。相應(yīng)的冷卻時間隨著傾角的增加而降低。對比圖5和圖6可以發(fā)現(xiàn)，帶有涂層表面的冷卻速率要高于光表面的冷卻速率，這也意味著在相同傾角下涂層表面的CHF要高于光表面的CHF。以90°傾角為例，光表面的冷卻曲線中膜態(tài)沸騰持續(xù)到了120s左右，而對于涂層表面的冷卻曲線，在120s時已經(jīng)進(jìn)入了核態(tài)沸騰階段，如圖7所示。在圖7中，無量綱參數(shù)T/Tc被引入以便于描述

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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