陶瓷_金属梯度热障涂层圆筒的传热与热应力有限差分分析
第26卷 第3期2002年6月
武汉理工大学学报(交通科学
与工程版
)
Journal of Wuhan University of Technolo gy
(T r anspo rtat ion Science&Engineer ing)
V ol.26 N o.3
June2002
陶瓷/金属梯度热障涂层圆筒的传热
与热应力有限差分分析*
刘 杰 肖金生 覃 峰 崔东周
(武汉理工大学能源与动力工程学院 武汉 430063)
摘要:推导了多层陶瓷梯度涂层圆筒模型的温度和热应力分布,对变物性材料的差分解法进行了
分析,并与实际的工程模型进行了对比计算,有限差分解和有限元解能够很好地吻合.
关键词:热障涂层;功能梯度材料;有限差分;热应力
中图法分类号:U664.12;O241.84
基于提高内燃机的经济性和可靠性的考虑,
近年来陶瓷/金属梯度热障涂层及其在内燃机中
的应用研究受到了广泛的重视[1,2].梯度热障涂层
可充分利用两种材料的优良特性,提高内燃机性
能.但涂层在交变热应力作用下仍易脱落破坏,所
以研究涂层工作条件下不同时刻不同涂层材料的
热应力分布有重要的意义[3],文中着重对热应力
的差分解与解析解、有限元解进行比较研究.
1 陶瓷/金属梯度热障涂层圆筒的
传热分析
1.1 陶瓷/金属梯度热障涂层的多层圆筒模型
图1所示为涂层在内的四层圆筒模型,层1
为纯陶瓷层,层2为陶瓷/金属梯度层,层3为过
渡金属层,层4为基体金属层.采用柱坐标系,r
为径向,z为轴向.
1.2 陶瓷/金属梯度圆筒传热分析的解析解
对图1所示的四层圆筒模型,假设圆筒为无
限长,两端绝热,且处于稳态温度场中.所以圆筒
内各点的温度T与z及时间t无关.由傅里叶热
传导方程写出多层圆筒模型的稳态热传导方程为
d d r [r i(r)
d T i(r)
d r
]=0
R i-1≤r≤R i,i=1,2,3,4(
1)
图1 陶瓷梯度涂层的多层圆筒模型
将圆筒沿半径方向分成n个薄层,各层厚度
任意,但要求每层内的物性可近似取为常数.假设
内边界的表面传热系数为h a,流体的温度为T f a;
外边界的换热系数为h b,流体的温度为T f b.如果
是第一类边界条件,可将相应的换热系数取为近
似无限大即可.因为每层可以认为是均质的,所以
导热系数在每一层内是常数.设第i层的导热系
数为 i,则由各层界面间的热流连续条件,可导出
圆筒模型内的温度分布为
T(r)=T f a+A(T f b-T f a)(
1
R0h a
+
∑s
i=1
ln(r i/r i-1)
i+
ln(r/r s)
s+1)(2)式中
A=[
1
R0h a+
∑n
i=1
ln(r i/r i-1)
i+
1
R4h b]
-1
收稿日期:20020401
刘 杰:男,25岁,硕士,主要研究领域为陶瓷/金属梯度热障涂层、轮机工程仿真与CAD *交通部重点科技项目资助(批准号:95040332)
r s ≤r ≤r s +1,s =0,1,2,…,n -1
1.3 陶瓷/金属梯度圆筒传热分析有限差分格式
对稳态问题,建立差分格式主要有两种方法——用差商直接代替导数的方法和积分插值方法.用差商直接代替导数的方法要求整个区域内的温度场函数存在连续的二阶偏导数[2]
.一般而言,均匀材料内部的温度场都是连续的.但是,如果物体内部有缝隙,或物体是由材料不同的各部分组成,则在缝隙处或不同材料的交界面处,温度可能发生突变,温度场在此不再存在连续的二阶偏导数.使用积分插值方法,不要求温度场存在连续的二阶偏导数.对上述模型写出差分格式为a i T i -1+b i T i +c i T i +1=d i i =1,2,…,n
(3)
若采用外节点差分格式,则
a i =r i i (r )h
2
- i (r )2h - (i +1)- (i -1)(2h )2r i b i =-2r i i (r )
h 2
c i = i (r )2h +r i i (r )h 2+ (i +1)- (i -1)(2h )
2r
i
d i =0 i =2,3,…,n -1 若采用内节点差分格式,则
a i =r i -1/2 i -1/2h ,
b i =-r i -1/2 i -1/2+r i +1/2 i +1/2
h
c i =r i +1/2 i +1/2
h
,d i =0 i =3,4,…,n -2
式中: i , i -1/2, i +1/2分别表示导热系数在节点i 及节点间控制容积界面处的取值.式(3)中,i =1,2,n -1,n 时的系数a i ,b i ,c i 和d i 可由边界条件导出[4].边界节点的差分格式精度一般比内部节点的精度要低,其解决的办法有虚拟节点法或二次曲线拟合法.
1.4 陶瓷/金属梯度圆筒模型温度场算例
以200柴油机的气缸套为工程背景,考虑内半径为100mm 、外半径为112mm 的涂层在内的多层圆筒模型.基体厚度为10mm ,纯过渡金属层厚度为0.2mm ,纯陶瓷层厚度为0.2mm ,陶瓷/金属梯度层厚1.6m m.内表面的环境温度T f a =1073K ,表面传热系数h a =600W /(m 2
℃),外表面温度T b =473K.陶瓷材料为ZrO 2,过渡金属为NiCr /Al ,基体金属为2Cr 13.材料的物性参数如表1所列.表中 为导热系数;E 为弹性模量; 为热膨胀系数; 为泊松比.
表1 材料的物性参数
材料
/W ?mK -1E
/G Pa /10-6K -1
2Cr1328.120011.50.3NiCr/Al 1518010.70.23ZrO 2
2
170
7.59
0.33
图2给出了用有限差分方法与有限元方法、解析解计算的温度场的比较,
其中有限差分方法
图2 计算温度场的有限差分法、解析法与有限元法的比较
分内节点格式和外节点格式两种.从图2中可以看出,有限元解、解析解和采用内节点格式的有限差分解的计算结果能够很好地吻合,而采用外节
点格式的有限差分解与解析解等则有一定的误差.虽然误差值不是很大,但是在后面的热应力计算中将会看到,采用内节点格式的有限差分解,在求解位移方程时比用外节点格式要精确得多.所以一般在物性变化的非线性场合,求解微分方程
时都应采用内节点格式的有限差分方法.
2 陶瓷/金属梯度热障涂层圆筒的
热应力分析
2.1 陶瓷/金属梯度圆筒热应力位移解法的一般
方程
陶瓷/金属圆筒可简化为平面应变轴对称问
?
380?武汉理工大学学报(交通科学与工程版)2002年 第26卷
题.由其平衡方程、几何方程和物理方程
d!r d r +
!r-!?
r
=0(4)
#r=d u
d r ,#?=
u
r
(5)
!r=E(1-)
(1+)(1-2)(#r+
1-
#?-1+
1-
T)
!?=E(1-)
(1+)(1-2)(#?+
1-
#?-1+
1-
T)
(6)
可得
d2u d r2+g(r)
d u
d r
+q(r)u=f(r)(7)
式中
g(r)=1
r
+
1
E*
d E*
d r
,E*=
E(1-)
(1+)(1-2)
,
q(r)=-1
r
+
1
r
d*
d r
+
1
r
*
E
d E*
d r
,*=
1-
f(r)= *d T
d r
+T
d *
d r
+
*T
E*
d E*
d r
, *=
1+
1-
2.2 陶瓷/金属梯度圆筒热应力分析的差分格式
对方程(7)这种两点边值问题,一般采用有限差分解法.差分格式采用内节点格式和外节点格式.内节点差分方法中每个控制容积的边界采用调和平均求导热系数的方法.对方程(7)在以节点i为中心的控制容积[i-1/2,i+1/2]内对r进行积分得
d u
d r
i+1/2
i-1/2
+g(r)u i+1/2
i-1/2+
q(r)ur i+1/2
i-1/2=f(r)r i+1/2
i-1/2(8)采用内节点差分格式,上式变为
a i u i-1+
b i u i+
c i u i+1=
d i(9)式中
a i=1-
hg i-1/2(r)
2+
h2q i+1/2(r)
4
c i=1+
hg i+1/2(r)
2
+
h2q i+1/2(r)
4
b i=-2+
h
2(g i+1/2(r)-g i-1/2(r))+ h2
4(q i+1/2(r)+q i-1/2(r)),d i=f i(r)h
式中:h为差分步长,对边界节点采用与温度场差分格式相同的处理方法.在处理边界条件时要注意在边界上满足径向应力!r=0,相应的外节点差分格式参见文献[1].
2.3 陶瓷/金属梯度圆筒热应力分析算例
对温度场算例计算应力分布.图3和图4给出了有限差分方法与有限元方法的对比.图3是位移的比较,图4是周向应力的比较,从中看出,采用内节点格式的有限差分解与有限元解很接近;而采用外节点格式的有限差分解则与有限元解相差较大,特别是位移,因为有限差分方法求解的实际上是位移方程.计算中,温度载荷采用解析解.
图3 整体解法位移的比较 图4 整体解法周向应力的比较
3 结 论
1)采用控制容积方法来推导微分方程的有限差分格式,能提高计算精度,对包含有多种材料或材料内有裂缝等情况,一定要采用控制容积法来推导差分格式.
2)对控制容积边缘处计算导热系数应采用调和平均方法.
参考文献
1 肖金生.陶瓷/金属梯度热障涂层的研究:[学位论文].北京:清华大学,1998
2 L u Yunbing,Zhang Ka iyin,Xiao Jinsheng et al.
T her mal str esses analysis of ceramic/metal functio n-al gr adient mater ial cylinder.Applied M athematics and M echanics,1999(4):113～114
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381
?
第3期刘杰:陶瓷/金属梯度热障涂层圆筒的传热与热应力有限差分分析
18～20
4 刘 杰.陶瓷功能梯度涂层的热应力分析与优化设
计:[学位论文].武汉:武汉交通科技大学,2000
Finite Difference Analysis for Heat T ransfer and T hermal Stress of Ceramic/M etal Gradient T hermal Barrier Coating Cylinder
Liu Jie Xiao Jinsheng Qin Feng Cui Dongzhou
(School o f Energy &Pow er Engineer ing ,W UT ,W uhan 430063)
Abstract
The temperature distributions and therm al stress distributions of cer am ic/m etal g radient cylinder co ating models are calculated .Variational -property m aterials are analy zed by finite difference method ,and compared with eng ineering m odels .T he finite differ ence results show a g ood ag reement w ith the finite element results.
Key words :thermal barr ier coating s;functionally gradient material;finite difference;thermal stress
?简讯?
“新时期高校德育目标、模式及内容研究”通过评审
由武汉理工大学(原武汉交通科技大学)承担的全国教育科学“九五”规划部委重点课题:“新时期高
校教育目标模式及内容研究”,通过交通部科技教育司组织的专家评审.
课题采用抽样调查、个别访谈、对比分析、理论论证、实践检验等方法和手段,旨在从高校德育的目标、模式、内容三方面构建一个新形势下德育实施的系统工程,突出时代性、针对性和操作性.目标的研究包括德育目标确立的依据、目标结构及层次、目标实施的基本要求等;模式研究旨在总结德育工作,特别是总结改革开放以来德育工作的成功经验,在此基础上构筑德育工作的新模式,其中包括德育工作的系统思考、运作规律和实践途径;内容研究在探索德育内容体系宏观设计、阶段教育序列操作规程的同时,重点突出新形势下大学生的素质教育,特别是理工科学生的人文素质教育,其中包括心理素质教育,为全面推进素质教育打下良好的理论和实践基础.
课题在目标、模式、内容三方面构建新形势下德育实施系统工程的同时,对高校德育宏观构架下的新情况、新问题作了进一步的相关研究,如德育工作的载体研究、德育工作的进一步发展研究等,为开放、发展的高校德育工作拓展了新的研究范围,也是德育系统工程中不可或缺的组成部分.课题组在该课题的研究过程中,完成《工程德育学概论》专著一部,公开发表论文20余篇.
与会专家在认真审阅了课题组提供的评审材料并听取课题组的汇报后,经过认真讨论,一致认为:课题立项具有重要的理论意义和实践指导作用,研究思路清晰,方法合理.运用马克主义的基本原理和现代科学技术理论,从客观、系统、综合、历史发展的角度全方位地探索德育工作目标、内容及模式,在建立高校德育系统工程方面有所创新;用系统工程的思路创造性贯彻中央的德育工作文件并进行研究,对德育目标体系的层次性进行了全面划分;德育内容的研究既全面,又结合理工科院校的特点,突出重点,时代感强,研究成果在该领域中处于国内领先水平.
(科技处 朱登炎)
?
382?武汉理工大学学报(交通科学与工程版)2002年 第26卷
不锈钢表面金属陶瓷涂层技术
摘要 近年来，随着现代化工业的不断进步与发展，人们对于材料的性能要求越来越高，其中较为重要的一点便是材料的耐磨性。众所周知，磨损现象不论在科研实践还是日常生活中都是很常见的，并且若不及时更换调整便极有可能造成严重的安全事故。因此，如何提高易磨损材料的耐磨性能便显得尤为重要。 锌锅沉没辊是热浸镀锌设备中一种重要零件，我国锌锅沉没辊的辊轴与辊套需要从国外进口，不仅价格昂贵而且磨损严重，平均一周就需要更换一次设备，导致轧制的成本很高。所以锌锅沉没辊辊轴与辊套的耐磨性是一个越来越受到重视的问题。本设计旨在制备316L不锈钢表面的耐磨陶瓷涂层来缓解锌锅沉没辊的辊轴与辊套过于严重的磨损，以此延长锌锅沉没辊的辊轴与辊套的寿命，提高生产效率。 我们通常用表面合金化、表面形变强化、表面涂层强化等方法来提高材料耐磨性。本设计借助钎涂原理，分别以氧化铝和碳化钨作为陶瓷增强相材料，Ni82CrSiB合金为钎料，利用真空钎涂的方法制作出较为耐磨的陶瓷涂层，从而达到提高不锈钢表面耐磨性的要求。试验结果表明：氧化铝与钎料的润湿效果不够理想，在涂层中没能发现氧化铝相，即以氧化铝作为陶瓷增强相材料无法达到预期目标；而碳化钨颗粒在涂层中分布较均匀，涂层表面光滑，有金属光泽，并且与不锈钢表面冶金结合良好，硬度达到了不锈钢基体的6倍以上，有望大幅提高材料的耐磨性能。 关键词：金属陶瓷涂层；钎涂技术；硬度
Brazing Process of Metal-ceramic Coating on Stainless Steel Abstract In recent years, with the continuous progress and modernization of industrial development, people are increasingly demanding high-performance materials, one of the important points is the wear resistance. As we all know, the wear phenomena both in research and practice is still very common in daily life, and if not timely replacement of adjustments it is very likely result in serious accidents. Therefore, how to improve the wear resistance of the material is particularly important. The zinc pot sink roll is one of the important parts of hot dip galvanizing equipments. The bush of zinc pot sink rolls needs to be imported from abroad, and it is not only expensive but also badly worn., it needs to be replaced once per week, and that would lead to the high cost of rolling. Therefore, the wear resistance of the zinc pot sink roller bearing is a question with more and more attention. This design is in order to prepare the surface of 316L stainless steel wear-resistant ceramic coating to solve the zinc pot sink roll shaft and insert wear too serious problem to extend the life of the equipment and The main methods of improving the wear resistance for material are surface strain hardening, surface alloying, surface coating strengthened and so on. In this design, we use the braze coating principle, and make the Al2O3 and WC as ceramic reinforcement materials, Ni82CrSiB as the brazing. The method of using the vacuum braze coating to produce more wear-resistant ceramic coating, so as to improve wear resistance of the stainless steel surface requirements. The results showed that: The wetting effect of Al2O3 and brazing filler is not satisfactory, and we could not find alumina phase in the coating, that is to say, Al2O3 as the ceramic reinforcement materials can not achieve the desired goal. However, WC particles in the coating are distributed more evenly. The coating surface is smooth, with a metallic luster, and it is a good metallurgical bond with the stainless steel surface. Its hardness is more than 6 times the stainless steel substrate, and it can be required to improve the wear resistance. Key Words：metal-ceramic coating; braze coating process; hardness
喷漆废气处理工程设计方案
公司喷漆废气处理方案 一、概况 公司在生产过程中产生一定量的喷漆废气，为消除环境污染，对废气进行治理，喷漆处理采用水帘喷淋过滤、漆雾毡过滤、活性碳吸附工艺和净化设备，使经处理后的喷漆废气最终达到《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）中相关标准后再排放。 二、设计依据、标准 1、《中华人民共和国环境保护法》； 2、《中华人民共和国大气污染防治法》 3、《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996） 4、《环境空气质量标准》（GB3096-1996） 5、《通风空调工程施工及验收规范》。 三、设计原则 ⑴严格执行有关环保规定，废气处理后确保长期、稳定达标排放； ⑵采用成熟、可靠的废气处理工艺；最大限度降低废气处理运行费用； ⑶工艺设计与设备选型能够在运行过程中具有较大的调节余地； ⑷废气处理工艺设备操作要求简单，运行管理及维护方便。 四、设计范围和规模 （1）喷漆生产现场工艺设施分析与改造 （2）设备设计及选型； （3）废气治理平面布置及工艺设计； （3）设计总气量：8600m3/h； （4）工程概算48.5万元。 1
五、设计标准 1.设计污染物浓度 设计有机污染物浓度见表1： 2．排放标准 执行《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）第二时段一级标准； 执行《工业企业设计卫生标准》（TJ39-76），具体执行排放标准见表2； 六、工艺设施分析 工艺流程简介：在喷漆房产生的废气，由风机吸力形成负压进入水帘喷淋系统，在喷淋室中废气以缓慢速度通过。喷淋室内水经过水幕形成层水膜，废气中的细微颗粒（油漆颗粒、甲苯颗粒、二甲苯颗粒）被水捕获，形成较重的大颗粒沉降，固气得到分离，气体得到净化，收集的有机废气由四个风机吸力抽风汇入风道主管，经干式漆雾毡室过滤后再进入活性炭吸附塔，活性炭吸附塔内装有高效吸附性能的活性炭填料。通过活性炭填料充分吸收废气中的有害物质。处理达标后的气体最后由离心风机送出排放口。 具体工艺流程图如下：见图1 七、工艺原理 本工艺适用于中等浓度污染物的废气治理，在喷漆房产生的废气，由风机吸力形成负压进入水帘喷淋系统，在喷淋室中废气以缓慢速度通过。喷淋室内水经过水幕形成层水膜，废气中的细微颗粒（油漆颗粒、甲苯颗
金属陶瓷
金 属 陶 瓷 材 料 2014级材料一班 王倩文 1430140512
目录 一、金属陶瓷的定义 (3) 二、金属陶瓷的特点 (4) 1.金属对陶瓷相的润湿性好。 (4) 2.金属相与陶瓷相应无剧烈的化学反应 (4) 3.金属相与陶瓷相的膨胀系数相差不会过大 (4) 三、金属陶瓷的行业现状 (5) 1.中国硬质合金工业产业分布、生产企业和研发机构 (5) 2.碳化钛基金属陶瓷 (5) 2.1 切削加工领域的应用 (6) 2.2 航天航空工业方面的应用 (6) 2.3 其他方面的应用 (7) 3.碳氮化钛基金属陶瓷 (8) 3.1 Ti(C,N)基金属陶瓷组分和成分设 (8) 3.2 晶粒细化 (9) 3.3 Ti(C,N)基金属陶瓷的应用 (9) 4.三元硼化物金属陶瓷 (10) 四、金属陶瓷的发展趋势 (11) 1.新材料的研究与开发。 (11) 2.超细晶粒和纳米级金属陶瓷。 (12) 3.梯度金属陶瓷的应用开发。 (12) 4.金属陶瓷回收再利用问题。 (12) 5.基础研究的发展。 (13)
材料是人类文明的里程碑，是人类赖以生存和得以发展的重要物质基础。正是材料的使用、发现和发明，才使人类在与自然界的斗争中，走出混沌蒙昧的时代，发展到科学技术高度发达的今天。当今世界，能源、信息、材料已成为人类现代文明进步的标志，继金属、有机高分子材料以后，金属陶瓷材料正以其卓越的性能、繁多的品种和广泛的用途进入各行各业，其发展之快，作用之大，令世人瞩目。金属陶瓷材料具有比强度高、比模量高、耐磨损、耐高温等优良性能，在众多场合已被作为新材料的代名词，成为现代高新技术、新兴产业和传统工业技术改造的物质基础，也是发展现代国防所不可缺少的重要部分，引起了世界各国尤其是发达国家的高度重视，纷纷投入巨资进行研究开发，把金属陶瓷材料作为本国高技术发展的一个重要领域。 一、金属陶瓷的定义 金属陶瓷是由陶瓷硬质相与金属或合金粘结相组成的结构材料。从金属陶瓷英文单词Cermets来，是由Ceramic（陶瓷）和Metal（金属）结合构成的。金属陶瓷既保持了陶瓷的高强度、高硬度、耐磨损、耐高温、抗氧化和化学稳定性等特性，又具有较好的金属韧性和可塑性。由于“金属陶瓷”和“硬质合金”两个学科术语没有明确的分界，所以具体材料也很难划分界线，从材料的组元看，“硬质合金”应该
TBC热题目背景介绍讲解
一、概述 国内外研究状况 燃气涡轮发动机的主要发展方向是提高发动机涡轮前燃烧温度、增加推重比和提升涡轮发动机部件在包括腐蚀和氧化等严酷服役环境下的热效率。随着发动机燃烧温度、推重比和热效率的提高，发动机热端部件，特别是燃烧室中的燃气温度和燃气压力不断提高，而现有的高温合金和冷却技术难以满足需要，热障涂层（Thermal Barrier Coatings,TBCs）技术[1, 2]得到了广泛的重视。热障涂层是金属缓冲层或粘结层和耐热性、隔热性好的陶瓷热保护功能涂层组成的“层和型”金属陶瓷复合涂层系统。表面陶瓷工作层是借助于基体和陶瓷层之间的金属粘结层与高温基体结合。此中间过渡层具有优异的耐高温、抗氧化性能，热膨胀系数介于基体金属与表面陶瓷层之间，减少了陶瓷涂层与合金基体之间热实配问题，可减缓界面应力，提高涂层结合强度、抗热震性能和工作寿命。随着燃气温度的不断提高，如何获得性能更优异、寿命更持久的热障涂层已经成为研究人员迫切需要解决的重大难题。 热障涂层主要包括双层系统、多层系统和梯度系统[1]。这三种结构形式各有特点，针对不同的环境要求，可以采用不同的结构体系。多数实际应用的热障涂层采用双层结构如图1(a)所示，这种结构制备工艺相对简单、耐热性强，但由于涂层热膨胀系数在界面跃变较大，在热载荷作用下涂层内容易积聚较大的应力，因此抗热震性能难以得到进一步提高。为了缓解涂层内的热效应匹配问题，提高涂层整体抗氧化及热腐蚀能力，发展了多层结构系统（图1(b)）。其每一层都具有各自的特定功能，外层封闭层和阻挡层主要用于阻挡燃气腐蚀产物的侵蚀，扩散阻挡层则用于降低氧原子进一步向涂层内扩散。多层体系结构的力学行为更为复杂，制备也相对困难，付诸实际运用很少。日本学者新野正之、平井敏和渡边龙三等于1987年首次提出了两种或多种金属与陶瓷材料复合[3]，制备一种在结构和组分上呈连续梯度
涂层废气处理方案设计
涂层废气处理设计方案 二〇〇五年三月
1. 概述 喷漆车间在生产过程中排放出大量的涂层烘干废气，废气中含有较高浓度的甲苯。该废气若不经处理直接排入大气，不仅会污染周围的环境，而且导致了极大的原物料消耗，同时对企业的形象也会造成一定的影响，为此，必须进行处理。***公司根据现场调查和研究分析，就涂层废气中的甲苯治理和回收工艺制定可行性方案，以供企业和环保管理部门参考，为今后工程的正式实施提供准备。 2. 设计依据 2.1废气中所含污染物种类、浓度及温度 污染物种类：甲苯 污染物排放量：甲苯为270 kg/h，废气排放量为33000 m3/h 烘箱出口温度：70～80℃ 通过计算可得甲苯浓度为：8182mg/m3，故属于高浓度高风量型。 2.2 设计规模 废气处理量：33000 m3/h；甲苯排放量为270 kg/h（最大值） 备注：本方案按最大值设计。 2.3 设计范围 从车间排气管汇合后出口开始，经装置入口至排风机出口之间，所有工艺设备、连接管道、管件、阀门、风机、电气装置、自动控制设备等。 2.4 处理后气体排放浓度
废气排放标准应执行GB16297-1996 《大气污染物综合排放标准》中的二级标准，具体见表1。 2.5 设计参考资料以及法规标准 《涂装作业安全规程——涂漆工艺通风净化》 GB 6515-86 国家标准局 1986《通风除尘技术》 《工业通风》 《环保设备材料手册》 《建设项目环境保护管理条例》 中华人民共和国国务院令第253号 1998 2.6 控制系统 采用可编程逻辑控制器(PLC)系统的自动控制，以实现治理系统的操作最优化，降低运行费用，增加设备运行的可靠性。 3. 工艺设计 3.1 设计原则 1. 严格执行国家环境保护有关法规，按规定的排放标准，使处
陶瓷涂层
陶瓷涂层 一、金属基陶瓷涂层简介 金属基陶瓷涂层是指涂在金属表面上的耐热无机保护层或表面膜的总称。他能改变金属底材料外表面的形貌、结构及化学组成，并赋予底材料新的性能。涂层的种类很多；按其组成可分为硅酸盐系涂层、氧化物涂层、非氧化物涂层及复合陶瓷涂层等，按工艺方法可分为熔烧涂层、喷涂涂层、气相沉积及扩散涂层、低温烘烤涂层、电化学工艺涂层、溶胶-凝胶涂层及原位原位反应涂层等；按其性能与用途可分为温控涂层（包括温控、隔热、红外辐射涂层等）、耐热涂层（包括抗高温氧化、抗腐蚀、热处理保护涂层等）、摩擦涂层（包括减磨、耐磨润滑涂层）、电性能涂层（包括导电、绝缘涂层等）、特种性能涂层（包括电磁波吸收、防原子辐射涂层等）及工艺性能涂层等。 二、金属基陶瓷涂层制备技术 1．喷涂法（等离子喷涂法） 2．化学气相沉积法（CVD）：在相当高的温度下，混合气体与基体的表面相互作用，使混合气体的某些成分分解，并在基体表面形成一种金属或化合物的固态薄膜镀层。 3．物理气相沉积法（PVD）：离子镀法、溅射法、蒸镀法、离子注入等，离子化使镀层更致密。目前CVD和PVD的界限已不明显，两者相互渗透，CVD技术引入等离子活化等物理过程，出现了PACVD技术，PVD技术也引入反应气体产生化学过程。 4．复合镀层 5．溶胶-凝胶法 6．原位反应法 三、应用 航天航空工业：航天飞机机身外皮发动机涡轮叶片燃烧室内壁齿轮箱传送装置 电力电子工业：增加介电常数 汽车工业：为了减轻重量而开发新一代汽车发动机，欧洲、日本的汽车制造厂已经采用了合金上电解沉积Ni-SiC复合镀层，这种镀层还能大大提高耐膜性能、润滑性能和耐高温氧化性能。将氧化锆陶瓷粉末喷涂在内燃机的燃烧室内壁，可提高内燃机的工作温度、节省燃料和简化结构。 切削刀具上的应用：硬度高、耐热粘结性强、化学稳定性高、切削韧性好、切削性能优良等特点。单双三层刀具，陶瓷镀层刀具寿命是原来的1-2倍，多镀层刀具是陶瓷镀层刀具寿命的0.5-1倍， 冶金和机械工业：金属的冶炼热加工和热处理都要在高温下进行，防止金属的高温氧化、渗氮、渗氧，往往在金属表面涂热处理保护涂层。 生物医学的应用：改善人体与金属的生物相容性。 石油化工：防腐 陶瓷、玻璃生产：增加强度和寿命 食品包装：耐热、高阻隔、透明度
激光制备陶瓷热障涂层的研究和发展_张罡
2000年3月 沈阳工业学院学报 Vol.19No.1第19卷第1期 JO URN AL OF SHENY ANG IN STITU T E OF TECHNO LOGY M ar.2000文章编号:1003-1251(2000)01-0001-07 激光制备陶瓷热障涂层的研究和发展 张 罡1,梁 勇2 (1.沈阳工业学院材料工程系,沈阳110015;2.中国科学院金属研究所) 摘 要:论述了激光制备陶瓷热障涂层的研究和发展状况.激光制备陶 瓷热障涂层包括激光重熔和激光熔覆两种方法.激光重熔等离子喷涂热障 涂层可获得等离子喷涂涂层所不具备的外延生长致密的柱状晶组织,提高 涂层应变容限及热震性能.激光熔覆可获得自动分层的梯度热障涂层成分 及柱状晶组织,改善涂层的高温氧化及热震性能.通过激光工艺参数的优化 及涂层体系成分及性能的合理设计,可获得优于等离子喷涂,接近电子束物 理气相沉积的热障涂层性能. 关键词:热障涂层;激光重熔;激光熔覆;等离子喷涂 中图分类号:TN249;TQ174.75+8.16 文献标识码:A 随着航空燃气涡轮机向高流量比、高推重比、高涡轮进口温度方向发展,燃烧室的燃气温度和燃气压力不断提高,如军用发动机涡轮前温度已达1800℃,预计燃烧室温度将达到2000～2200℃.这样高的温度已超过现有高温合金的熔点,因此必须采用相应措施.除了改进冷却技术外,在高温合金热端部件表面制备热障涂层(TBCs)也是有效手段,它可达到170℃或更高的隔热效果,以满足高性能发动机降低温度梯度、热诱导应力和基体材料服役稳定的要求[1～2]. 热障涂层系统要求涂层不但有良好的隔热效果,而且抗高温氧化及热冲击.针对在腐蚀介质的特殊要求,还要满足高温耐蚀性能.实际应用的热障涂层制备方法主要是等离子喷涂(PS)和电子束-物理气相沉积(EB-PVD)两种方法[3～4]. 等离子喷涂方法主要包括空气等离子喷涂(APS)、真空等离子喷涂(V PS)、低压等离子喷涂(LPPS)等方法.沉积的陶瓷层需要相对粗糙的粘结层表面以得到良好的机械结合;应变容限靠陶瓷层中大量的气孔(气孔率可达20%)和微裂纹获得.抗氧化和热腐蚀性能由粘结层实现. EB-PV D方法在光洁的粘结层表面和正确的涂层涂覆温度条件下,可获得完整、致密的陶瓷层柱状晶组织,陶瓷层与粘结层通过涂层制备时产生热增长氧化层(TGO)以化学键形式连 收稿日期:1999-11-25 基金项目:国防科技重点实验室基金资助项目(ZK0601). 作者简介:张罡,男,37岁,讲师,博士研究生.
金属陶瓷复合材料的应用
金属陶瓷复合材料的应用 我公司提供以下热喷涂技术服务：修复各类设备主轴、曲轴以及所有轴的轴颈、轴承档、油封档、键槽的磨损、拉伤等缺陷。“锅炉四管”（水冷壁管、过热器管、预热器管和省煤器管）喷涂防护、循环硫化床锅炉、膜式壁热喷涂防护、风机叶片、拉丝塔轮、拨丝缸、水轮机的导风叶、水轮机叶片的迷宫环等部件的防汽蚀、防磨处理。大型液压油缸的陶瓷涂覆活塞杆和液压缸以及位置测量成套系统、化工泵中往复泵柱塞陶瓷涂层、机械密封环和轴套表面喷涂、陶瓷蝶阀密封面喷涂代替镶圈结构、高参数球阀喷涂陶瓷、在石油、天然气勘测和钻采过程中所用设备的关键部件如钻头、轴、轴套、灌浆泵等表面热喷涂防护。 在塑料工业设备中，塑料挤出机螺杆、塑料切碎机喷嘴、塑料薄膜生产辊。冶金工业中，连续退火炉辊、张紧辊和偏转器辊自清理炉辊、热浸镀锌用沉没辊、稳定辊等先进涂层。热轧无缝管顶头的表面强化涂层、铜合金热挤压模具强化涂层。在化纤工业中，各种槽辊、锭杯、牵伸辊、导丝辊、表面陶瓷涂层、造纸烘缸表面防腐防磨防护、上光砑光棍、纸浆真空吸水箱板、印刷工业中铸铁印刷滚表面喷涂防护、陶瓷网纹辊、电晕辊。 在玻璃工业中，铜电板的抗高温氧化保护涂层、喂料柱塞和喂料管、内燃机燃烧室的热障陶瓷涂层（汽缸盖底面、活塞底面、活塞顶面、汽门全部底面缸套、活塞环、水泵动密封环、气门顶杆、增压器涡轮） 热喷涂涂层工业应用介绍 随着涂层新材料和新工艺的不断涌现，热喷涂涂层已在国民经济各个工业部门广泛地应用。加之现代计算机技术、传感测试技术、自动化及机器人技术、真空技术与热喷泉涂技术的结合和渗透，使得热喷涂技术的深入发展和工业规模化生产均有大幅度的进步和提高。对未来热喷涂发展的方向以及市场与工业规模的预测为：技术附加值高、效益好的如生物工程，航空航天，工、模具，电子工业等，但规模相对较小；要求成本低的大规模产业如汽车工业和钢结构，但技术附加值低；应用面最广的仍是机械工业，包括石油化工、轻纺、能源、冶金、航空、汽车等也均属此范畴。 热喷涂技术能赋予各类机械产品，特别是关键零部件许多特种功能涂层，形成复合材料结构具有的综合作用，真正做到了“ 好钢用在刀刃上” ，是材料科学表面技术发展的一个方向。但热喷涂技术仅通过涂层在机械产品基体表面获得一定的特殊功能，而不能代替基材或提高产品的结构性能。 钢铁长效防腐蚀涂层 由于锌、铝、锌铝、铝镁涂层的电极电位均负于钢铁，故对钢铁结构能起到阴极保护作用。从20世纪40年代起，国外已将它们喷涂于钢铁构件上作为长效抗腐涂层。国内自70年代起开始推广应用，迄今成功的实例不胜枚举。目前大面积钢结构喷涂锌、铝涂层一般采用电弧喷涂工艺，局部辅助以氧乙炔火焰线材喷涂补遗。现在国内每年采用热喷涂大面积施工工程均在数百万平方米以上。
喷漆废气处理方案
喷漆废气处理设计方案 1. 概述 喷漆车间在生产过程中排放出大量的涂层烘干废气，废气中含有较高浓度的甲苯。该废气若不经处理直接排入大气，不仅会污染周围的环境，而且导致了极大的原物料消耗，同时对企业的形象也会造成一定的影响，为此，必须进行处理。杭州一达环保技术咨询有限公司根据现场调查和研究分析，就涂层废气中的甲苯治理和回收工艺制定可行性方案，以供企业和环保管理部门参考，为今后工程的正式实施提供准备。 2. 设计依据 2.1废气中所含污染物种类、浓度及温度 污染物种类：甲苯 污染物排放量：甲苯为270 kg/h，废气排放量为33000 m3/h 烘箱出口温度：70～80℃ 通过计算可得甲苯浓度为：8182mg/m3，故属于高浓度高风量型。 设计规模 废气处理量：33000 m3/h；甲苯排放量为270 kg/h（最大值） 备注：本方案按最大值设计。 设计范围 从车间排气管汇合后出口开始，经装置入口至排风机出口之间，所有工艺设备、连接管道、管件、阀门、风机、电气装置、自动控制设备等。
处理后气体排放浓度 废气排放标准应执行GB16297-1996 《大气污染物综合排放标准》中的二级标准，具体见表1。 设计参考资料以及法规标准 《涂装作业安全规程——涂漆工艺通风净化》 GB 6515-86 国家标准局 1986 《通风除尘技术》 《工业通风》 《环保设备材料手册》 《建设项目环境保护管理条例》 中华人民共和国国务院令第253号 1998 控制系统 采用可编程逻辑控制器(PLC)系统的自动控制，以实现治理系统的操作最优化，降低运行费用，增加设备运行的可靠性。 3. 工艺设计 设计原则 1. 严格执行国家环境保护有关法规，按规定的排放标准，使处 理后的废气各项指标达到且优于标准指标。
陶瓷_金属梯度热障涂层圆筒的传热与热应力有限差分分析
第26卷 第3期2002年6月 武汉理工大学学报(交通科学 与工程版 ) Journal of Wuhan University of Technolo gy (T r anspo rtat ion Science&Engineer ing) V ol.26 N o.3 June2002 陶瓷/金属梯度热障涂层圆筒的传热 与热应力有限差分分析* 刘 杰 肖金生 覃 峰 崔东周 (武汉理工大学能源与动力工程学院 武汉 430063) 摘要:推导了多层陶瓷梯度涂层圆筒模型的温度和热应力分布,对变物性材料的差分解法进行了 分析,并与实际的工程模型进行了对比计算,有限差分解和有限元解能够很好地吻合. 关键词:热障涂层;功能梯度材料;有限差分;热应力 中图法分类号:U664.12;O241.84 基于提高内燃机的经济性和可靠性的考虑, 近年来陶瓷/金属梯度热障涂层及其在内燃机中 的应用研究受到了广泛的重视[1,2].梯度热障涂层 可充分利用两种材料的优良特性,提高内燃机性 能.但涂层在交变热应力作用下仍易脱落破坏,所 以研究涂层工作条件下不同时刻不同涂层材料的 热应力分布有重要的意义[3],文中着重对热应力 的差分解与解析解、有限元解进行比较研究. 1 陶瓷/金属梯度热障涂层圆筒的 传热分析 1.1 陶瓷/金属梯度热障涂层的多层圆筒模型 图1所示为涂层在内的四层圆筒模型,层1 为纯陶瓷层,层2为陶瓷/金属梯度层,层3为过 渡金属层,层4为基体金属层.采用柱坐标系,r 为径向,z为轴向. 1.2 陶瓷/金属梯度圆筒传热分析的解析解 对图1所示的四层圆筒模型,假设圆筒为无 限长,两端绝热,且处于稳态温度场中.所以圆筒 内各点的温度T与z及时间t无关.由傅里叶热 传导方程写出多层圆筒模型的稳态热传导方程为 d d r [r i(r) d T i(r) d r ]=0 R i-1≤r≤R i,i=1,2,3,4( 1) 图1 陶瓷梯度涂层的多层圆筒模型 将圆筒沿半径方向分成n个薄层,各层厚度 任意,但要求每层内的物性可近似取为常数.假设 内边界的表面传热系数为h a,流体的温度为T f a; 外边界的换热系数为h b,流体的温度为T f b.如果 是第一类边界条件,可将相应的换热系数取为近 似无限大即可.因为每层可以认为是均质的,所以 导热系数在每一层内是常数.设第i层的导热系 数为 i,则由各层界面间的热流连续条件,可导出 圆筒模型内的温度分布为 T(r)=T f a+A(T f b-T f a)( 1 R0h a + ∑s i=1 ln(r i/r i-1) i+ ln(r/r s) s+1)(2)式中 A=[ 1 R0h a+ ∑n i=1 ln(r i/r i-1) i+ 1 R4h b] -1 收稿日期:20020401 刘 杰:男,25岁,硕士,主要研究领域为陶瓷/金属梯度热障涂层、轮机工程仿真与CAD *交通部重点科技项目资助(批准号:95040332)
MOCVD法制备金属陶瓷功能梯度材料的研究
第30卷 第4期西南师范大学学报(自然科学版)2005年8月Vol.30 No.4Journal of S outhwest China Normal University(Natural Science)Aug.2005 文章编号:10005471(2005)04068205 MOCV D法制备金属陶瓷功能梯度材料的研究① 章娴君1, 郑慧雯1,2, 张庆熙1, 王显祥3 11西南师范大学化学化工学院,重庆400715;21巴蜀中学,重庆400013; 31四川农业大学生命科学与理学院,四川雅安625014 摘要:利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法,以Mo(CO)6,Si(OC2H5)4为物源,在Al2O3陶瓷基片上制备了金属陶瓷功能梯度材料,并用XPS,XRD,SEM等技术对其成分分布,物相组成和表面形貌进行测试和表征.结果表明:材料的组成沿厚度方向呈连续梯度变化,符合功能梯度材料的变化规律. 关 键 词:功能梯度材料(F GM);金属有机化学气相沉积(MOCVD);X射线光电子能谱(XPS);表面形貌 中图分类号:TB34文献标识码:A 金属陶瓷功能梯度材料(F GM)是针对高温、热循环和大温度落差的工作条件而开发的一类新型超耐热材料[14].材料一侧为耐高温、耐热冲刷特性的陶瓷材料,另一侧为具有高强度、高韧性的金属材料,其间为金属/陶瓷过渡层.由于材料微观结构沿某一个或某几个特定的方向呈连续变化,从而消除了由于金属和陶瓷物性参数的巨大差异而在材料内部产生的热应力界面,达到缓和热应力和耐热隔热的目的.因而,金属陶瓷功能梯度材料(F GM)是一类很有希望用于宇航、核能等高技术领域的新型复合材料[5].目前国内外已制备出的金属/陶瓷F GM有TiN2TiC,ZrO22Ni,TiAl2Cu,ZrO22Ti6Al4,SiC2Al,TiC2Ni,YSZ2 Ni,YSZ2Ni2Nb等[6].但还未见用化学气相沉积的方法制备Mo/SiO2功能梯度材料的相关报道. 本文以Mo(CO)6,Si(OC2H5)4为物源,采用功能梯度材料(F GM)的设计思想,利用MOCVD技术,通过改变沉积温度,沉积气压和反应气源中各组分的成份比来调节和控制薄膜的组织和成份,使之发生连续变化来制备Mo/SiO2功能梯度材料,并以XPS,XRD,SEM等技术研究该材料的成分分布,物相组成和表面形貌. 1 实 验 111 材料的成分设计 SiO2和Mo的热学和物理性能如表1.由表1可见,SiO2和Mo物理性质相差很大,尤其是热性能不匹配,会使不连续的梯度层间产生很大热应力.采用功能梯度材料(F GM)的逆设计思想,能获得合理组分构成的梯度层设计,有利于材料结构性能的平缓过渡,即可解决上述难题.设计中,假定Mo/SiO2功能梯度材料由5层组成,每层梯度材料是由均匀的SiO2和Mo构成,表面层为纯金属Mo,最底层为纯陶瓷SiO2,中间为过渡层.采用公式C=(x/d)p计算不同梯度层各成分的含量[7],其中:C为体积分数,x为各梯度层与表面层之间的距离,d为样品的厚度,p为成分分布指数.在本实验中,经理论分析p=1为最佳取值,计算所得各梯度层的最佳成份分布如图1所示. ①收稿日期:20040725 基金项目:重庆市攻关资助项目. 作者简介:章娴君(1944),女,四川成都人,教授,主要从事有机新材料研究.
金属陶瓷复合涂层的激光熔覆与无裂纹的实现_周圣丰
文章编号:1002-2082(2008)01-0076-05 金属陶瓷复合涂层的激光熔覆与无裂纹的实现 周圣丰,曾晓雁,胡乾午 (华中科技大学光电子科学与工程学院武汉光电国家实验室激光科学与技术研究部,湖北武汉430074) 摘 要: 鉴于传统的激光熔覆金属陶瓷复合涂层技术主要存在2方面不足:其一,熔覆效率低,导致大面积熔覆时成本昂贵;其二,由于激光熔覆本身的特点,即快速加热与快速凝固,在激光熔覆过程中,热应力极易诱导熔覆层开裂。基于此,综述了国内外激光熔覆金属陶瓷复合涂层的研究进展,指出其存在的主要问题,并提出了激光感应复合快速熔覆的新方法,即感应预热基材的同时快速激光熔覆。该方法不仅可使熔覆效率大大提高而且获得了无裂纹的金属陶瓷复合涂层。关键词: 金属陶瓷;复合涂层;激光感应复合快速熔覆 中图分类号: T N 249 文献标志码: A Realization of laser cladding and crack -free ceramic -metal composite coatings ZHOU Sheng -feng ,ZENG Xiao -y an ,HU Qia n -w u (Wuhan Na tio na l Labo rato ry for Opto electr onics ,Schoo l o f O pto elec tro nics Science and Engineering ,Huazho ng U niv er sity o f Science a nd Technolog y ,W uhan 430074,China ) Abstract :The conv entiona l technique fo r the laser cladding ceramic -metal composite coa ting m ainly has two disadv antages .Firstly ,the efficiency of its pow der depositio n is lo w and it limits the cladding rate,makes the process ra ther ex pensive for cladding o n la rg e areas.Seco ndly,due to some inherent characteristics in laser cladding technique,such as rapid heating and rapid solidification ,the residual stress induced during laser cladding co uld lead to the crack forma tio n in the composite coatings.The status quo of the dom estic and foreig n research o n laser cladding ceramic-m etal composite coa ting technique is review ed.The existing pro blem s are pointed o ut a nd a new solutio n fo r laser inductio n hy brid rapid cladding (LIHRC )is put forw ard ,w hich preheats the substrate before the la ser cladding .The efficiency of this new solutio n is higher than that o f the conv entional laser cladding and crack-free ceramic-metal com po site coating s prepa red by LIHRC. Key words :ceramic -metal ;com posite coa ting ;laser induction hybrid rapid cladding (LIHRC ) 引言 对关键机械零配件表面进行修复,虽然传统方法如堆焊和热喷涂等的效率高,涂层厚度均匀且与基材接合牢固,但由于受热过程缓慢,导致稀释率与热影响区大,陶瓷相烧损严重,而且只适合在平整表面进行熔涂。而激光熔覆技术具有能量密度 高、热变形与热影响区小、稀释率低、激光加工位置可以精确定位等优点,正成为汽车、冶金、交通等领域的关键技术,具有广阔的应用前景 [1-3] 。但由于激 光熔覆自身的特点即快速加热与快速冷却凝固,在材料表面极易形成裂纹,这已成为阻碍激光熔覆技术工业化应用难以逾越的障碍之一。为解决熔覆层 收稿日期:2007-08-20; 修回日期:2007-09-22 作者简介:周圣丰(1977-),男,湖北天门人,博士研究生,主要从事材料加工、表面激光强化与改性的研究工作。 E -mail :zho usf 1228 @https://www.wendangku.net/doc/26195464.html, 第29卷第1期2008年1月 应用光学Jour nal of Applied O ptics V o l.29N o.1 J a n.2008
梯度功能材料讲稿
梯度功能材料 一、引言 许多结构件会遇到各种服役条件，因此，要求材料的性能应随构件中的位置而不同。例如，民用或军用刀具都只需其刃部坚硬，其它部位需要具有高强度和韧性；一个齿轮轮体必须有好的韧性，而其表面则必须坚硬和耐磨；涡轮叶片的主体必须高强度、高韧性和抗蠕变，而它的外表面必须耐热和抗氧化。诸如此类，可以发现现在应用的许多材料都是属于这个范畴。众所周知，构件中材料成分和性能的突然变化常常会导致明显的局部应力集中，无论该应力是内部的还是外加的。但人们同样知道，如果从一种材料过渡到另一种材料是逐步进行的，这些应力集中就会大大地降低。为了减少材料的应力集中，提高材料的性能，人们发展了一种新型的功能梯度材料(Functionaily Gradient Materials，简称FGM)。虽然FGM 产生的时间不长，但很快引起世界各国科学家的极大兴趣和关注。日本、美国、德国、俄罗斯、英国、法国、瑞士等许多国家相继开展FGM的研究。其应用已扩展到宇航．核能源、电工材料、光学工程、化学工业、生物医学工程等各个领域中。 二、梯度功能材料的发展 梯度功能材料(FGM)是一种集各种组分(如金属、陶瓷、纤维、聚合物等)一体的新型材料，其结构、物性参数和物理、化学、生物等单一或综合性能都呈连续变化，以适应不同环境，实现某一特殊功能。 梯度功能材料其实早就出现在自然界中。神奇的大自然早制造出多种梯度材料。例如，竹子是一种典型的梯度功能材料，人类和动物身体中的骨骼也是一种梯度材料，其特点是结构中的最强单元承受最高的应力。但是，在生命体中的梯度结构与人造梯度结构之间存在很大的差异。有生命的“FGMs”也是“有智能的”，它们能够感受所处环境的变化(包括局部的应力集中)，产生相应的结构修改，而人造梯度材料至少在目前还缺乏这种功能。 人造梯度功能材料并不是新的事物，只不过人们没有意识到而已。人类制造的钢制器件实质就是一种功能梯度材料。1900年，美国的伍德用明胶作成了光折射率沿径向连续变化的圆柱棒，称之为梯度折射材料。由于制作工艺没有解决，未能得到实际应用，没有引起人们的注意。1969年，日本板玻璃公司的北野等人用离子交换工艺制成玻璃梯度折射棒材和光纤，达到了实用水平，梯度折射率材料的研究才迅速发展起来，研究的国家也从美国和日本扩展到二十几个国家。 1972年，Bever和Duwez提出了功能梯度这个概念。功能梯度材料作为一个规范化正式概念于1984由日本国力宇航实验室提出。由于航天飞机中，燃烧室内外表面的温差达到1000K以上，普通的金属材料难以满足这种苛刻的使用环境。一系列政府报告论述了日本在以太空飞机为重点的航天研究中所预计的材料需求，结论是鉴于对高温结构件的许多严格要求，需要在结构中仔细地引入成分和微观结构梯度，不但能最全面地利用已有材料去生产所需要的构件，还能避免由于外加应力或温度变化而在不同材料的锐利界面上引起的应力和(或)应变集中。1987年，日本平井敏雄、新野正之和渡边龙三人提出使金属和陶瓷复合材料的组分、结构和性能呈连续性变化的热防护梯度功能材料的概念。同年，日本科技厅制定了有关FGMs的一项庞大计划，主要研究一边处于冷却而另一边处于炙热环境下的部件的特殊要求。1990
涂装行业废气治理、VOCs治理解决方案
涂装行业有机废气治理项目解决案 一、涂装行业有机废气治理目概况简述 涂装车间的废气主要是涂料中含有的有机溶剂和涂膜在喷涂及烘干时的分解物，统称为挥发性有机化合物（VOC），其成份主要有甲苯和二甲苯。这些成份对人的健康和生活环境有害，并且有恶臭，人如果长期吸入低浓度的有机废气，会引发咳嗽、胸闷、气喘甚至肺气肿等慢性呼吸道疾病，是目前公认的强烈致癌物。 有机废气对光化学烟雾、酸雨的形成起着非常重要的作用。为减少涂料中的VOC,开发了水性涂料和粉末涂料，但水性涂料中仍含有一定比例的有机溶剂。为此，各国颁布了相应的法令，限制该类气体的排放，我国于1997年颁布并实施的GB16297《大气污染综合排放标准》，限定了33种污染物的排放限值，其中包括苯、甲苯、二甲苯等挥发性有机溶剂。近年来，随着人们环保意识提高，环保法规不断完善与执法力度不断提高，汽车生产厂在新建涂装线中需配置废气处理设备，对老的涂装线也在逐步补充废气处理装置，废气经过处理达标后才能排放。针对不同的涂装废气，不同的厂家采用了不同的法，下面就汽车涂装废气处理技术进行初浅的分析探讨。 根据汽车涂装生产工艺，涂装废气主要来自于喷涂、干燥过程。所排放的污染物主要为：喷漆时产生的漆雾和有机溶剂，干燥挥发时产生的有机溶剂。漆雾主要来自于空气喷涂作业中溶剂型涂料飞散的部分，其成分与所使用的涂料一致。有机溶剂主要来自于涂料使用过程中的溶剂、稀释剂，绝大部分属挥发性排放，其主要的污染物为二甲苯、苯、甲苯等。故涂装中排放的有害废气的主要发
生源为喷漆室、晾干室、烘干室。 二、涂装行业有机废气治理工艺技术比较 对有机溶剂废气的处理法有多种，但每种处理法都有其适用性和局限性，因此有机废气处理工艺的选择，需要结合有机溶剂的物理化学特征。常见的处理工艺有两类：一类是破坏性法，如燃烧法等主要用于处理无回收价值或有一定的毒性的气体；另一类是非破坏性的，即吸收法，吸附法、冷凝法，以及新发展的生物膜法、脉冲电晕法、臭氧分解法、等离子体分解法等。 ①燃烧法 燃烧法是应用比较广泛的有机废气治理法，特别是对低浓度有机废气。燃烧法可分为直接火焰燃烧和催化燃烧。燃烧法的优点是：VOC处理效率高，一般在90%以上。但是对于低浓度有机废气不能满足燃烧所维持的温度，需要投加其它燃料，在不具备综合处理的情况下，废气处理设施运转费用较高。 ②吸收法 吸收法是利用有机溶剂的物理和化学性质，使用水或化学吸收液进行吸收。吸收装置种类很多，如喷淋塔、填充塔、气泡塔、筛板塔、各类洗涤器等。考虑到吸收效率，设备本身阻力以及操作难易程度选择塔器种类，有时可选择多级联合吸收。着重考虑不造成二次污染和废弃物的再处置问题。 ③吸附法
陶瓷涂层技术知识
陶瓷涂层技术知识 一、金属基陶瓷涂层简介 金属基陶瓷涂层是指涂在金属表面上的耐热无机保护层或表面膜的总称。他能改变金属底材料外表面的形貌、结构及化学组成，并赋予底材料新的性能。涂层的种类很多；按其组成可分为硅酸盐系涂层、氧化物涂层、非氧化物涂层及复合陶瓷涂层等，按工艺方法可分为熔烧涂层、喷涂涂层、气相沉积及扩散涂层、低温烘烤涂层、电化学工艺涂层、溶胶-凝胶涂层及原位原位反应涂层等；按其性能与用途可分为温控涂层（包括温控、隔热、红外辐射涂层等）、耐热涂层（包括抗高温氧化、抗腐蚀、热处理保护涂层等）、摩擦涂层（包括减磨、耐磨润滑涂层）、电性能涂层（包括导电、绝缘涂层等）、特种性能涂层（包括电磁波吸收、防原子辐射涂层等）及工艺性能涂层等。 二、金属基陶瓷涂层制备技术 1．喷涂法（等离子喷涂法） 2．化学气相沉积法（CVD）：在相当高的温度下，混合气体与基体的表面相互作用，使混合气体的某些成分分解，并在基体表面形成一种金属或化合物的固态薄膜镀层。 3．物理气相沉积法（PVD）：离子镀法、溅射法、蒸镀法、离子注入等，离子化使镀层更致密。目前CVD和PVD的界限已不明显，两者相互渗透，CVD技术引入等离子活化等物理过程，出现了PACVD技术，PVD技术也引入反应气体产生化学过程。 4．复合镀层 5．溶胶-凝胶法 6．原位反应法 三、应用 航天航空工业：航天飞机机身外皮发动机涡轮叶片燃烧室内壁齿轮箱传送装置 电力电子工业：增加介电常数 汽车工业：为了减轻重量而开发新一代汽车发动机，欧洲、日本的汽车制造厂已经采用了合金上电解沉积Ni-SiC复合镀层，这种镀层还能大大提高耐膜性能、润滑性能和耐高温氧化性能。将氧化锆陶瓷粉末喷涂在内燃机的燃烧室内壁，可提高内燃机的工作温度、节省燃料和简化结构。 切削刀具上的应用：硬度高、耐热粘结性强、化学稳定性高、切削韧性好、切削性能优良等特点。单双三层刀具，陶瓷镀层刀具寿命是原来的1-2倍，多镀层刀具是陶瓷镀层刀具寿命的0.5-1倍， 冶金和机械工业：金属的冶炼热加工和热处理都要在高温下进行，防止金属的高温氧化、渗氮、渗氧，往往在金属表面涂热处理保护涂层。 生物医学的应用：改善人体与金属的生物相容性。 石油化工：防腐 陶瓷、玻璃生产：增加强度和寿命 食品包装：耐热、高阻隔、透明度 四、发展方向 1．发展新涂层：研究解决陶瓷涂层与金属基体的热膨胀系数匹配问题，从而提高涂层与金属的结合力。 2．发展新工艺：简便、成本低、生产效率高以及产生无缺陷涂层的工艺 3．无损探伤方法，韧性、粘结强度等。 五、金属陶瓷镀膜技术在车用内燃机上的应用 为降低内燃机活塞环与气缸套表面的摩擦因数，提高发动机的机械效率，进而提高内燃机的性能，在内燃机活塞环上应用了金属陶瓷镀膜技术。采用此项技术后，发动机成本仅增加3%-5%，而整机动力性和经济性得到了明显改善，实用价值很高。