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    小口徑不銹鋼管

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    小口徑不銹鋼管固體表面潤濕機理及其研究現狀

    來源:至德鋼業 日期:2020-04-02 12:10:37 人氣:487

      浙江至德鋼業有限公司在對小口徑不銹鋼管內表面抗黏附性研究過程中,有必要從管道壁面抗黏附機理與小口徑不銹鋼管道內表面的加工工藝兩方面進行分析。因此,本文將針對固體表面潤濕機理與小口徑不銹鋼管道內表面加工技術兩個方面進行國內外研究現狀進行介紹。固體表面液體黏附是當固液兩相在經過接觸.融合.離開過程后,液體在固體表面殘留的現象。液體在固體表面黏附量的多少與其潤濕過程有著密不可分的聯系。一般來講,固體表面的潤濕性主要由兩個因素決定:固體表面化學成分和表面微觀形貌。當然,特定條件下環境因素變化(如溫度、壓力、磁電和光熱等對材料的刺激)也會明顯改變潤濕性。固體表面的液體潤濕過程實際上涉及的是固、氣、液三相界面的變化與移動過程,但在分析該變化過程中,由于內部影響因素復雜,如:實際固體表面的不均勻性、微觀形貌多樣性以及固體表面能無法直接測量,液體分子結構不均,分子間間距短,分子間作用力,環境條件也會對潤濕過程產生一定的影響等因素,使得固-液.氣三相界面的物理化學現象變的十分復雜。為了了解潤濕現象的形成機理與本質,揭示現有物理化學現象,基于大量的實驗結果,研究者們對其進行了大量定性與定量研究,建立其很多簡化理論模型以解釋固體表面潤濕性:從Young's方程、Wenzel模型、Cassie-Baxter模型,再到分級理論和Young-Dupre公式等。此外,還有很多其他的模型被陸續的提出來,例如具有微納米復合結構的柱溝槽模型、倒拋物線模型、倒梯形模型等。針對本文研究方向與材料表面幾何形貌特點,我們將對Young's方程、Wenzel模型、Cassic-Baxter模型與Young-Dupre公式四個基本模型進行簡單介紹,研究其與潤濕性之間的關系,進而尋找提高材料表面抗黏附能力的方法。


        針對固體表面潤濕機理的分析,人們往往習慣于從經典的Wenzel模型與Cassie-Baxter模型角度出發。雖然這三個經典理論已經奠定了當前固液潤濕理論的基礎,但是使用它們來解釋一些動態潤濕現象或過程并用來指導抗黏附表面的制備與應用難免牽強。因為目前這些經典性理論只是針對理想表面或實際粗糙表面的一種靜態描述,對于許多動態性問題它們存在諸多的局限性。事實上,在本文的固體表面抗黏附特性分析中,固-液.氣三相接觸線動態特性的表征是尤為重要的,它的建立將讓我們可以對固體表面潤濕與退潤濕的整個過程有一個系統性的了解與掌握。因此,如何從宏觀的角度建立起三相接觸線移動過程,并從微觀的系統能量角度分析液體黏附機理是解決固.液界面黏附問題的關鍵。


        而在對材料表面黏附性能進行分析時,首要事項是如何對固體表面進行測量與表征。本文面向的小口徑不銹鋼管按其生產方法不同可分為熱軋管、冷軋管與冷拔管,而這些生產方式會導致管道內表面產生不同程度的單向平行紋理,形成各向異性表面。為對管道內表面粗糙輪廓進行分析,至德鋼業采用接觸式表面輪廓測量儀對SUS316L不銹鋼冷拔管內表面進行二維粗糙度輪廓的抽樣測量,其中測量方向垂直于紋理方向,其表面輪廓如圖2.1所示。從圖中可以看出管道內表面輪廓截面呈現三角波形,同時這種輪廓截面也是最為常見的機械加工處理后的表面。因此,本文在潤濕性機理研究中將主要考慮具有等腰三角波形截面輪廓的各向異性表面。結合IS0 4287-2009及GB/T 1031-2009的機械加工表面粗糙度表征方法與上述結構簡化結果對管道內表面微觀結構進行分析,發現從統計學角度可采用輪廓單元的平均線高度Rc與輪廓單元的平均寬度Rsm對等腰三角波形截面輪廓進行表征。


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