小口径不锈钢管抗黏附内表面的制备技术存在问题与改进措施

    小口径不锈钢管被广泛运用于医疗器械、食品、化工、航空、航天、半导体等工业领域,其抗黏附内表面的制备一直为研究者们所关注。通过综合性分析现有国内外研究人员在固体表面抗液体黏附机理性研究与抗黏附管道内表面制备技术两个方面的研究方法、成果与结论,发现目前针对液体黏附理论的认识还较为欠缺,没有一个成形与系统的理论来指导管道抗黏附内表面的制备。同时,也缺少缺少一种可操作性强、成本低廉的小口径不锈钢管抗黏附内表面的制备技术。因此,本文采用理论分析一实验对比的方法,从固体材料表面抗黏附机理与管道抗黏附内表面制备技术两个方面进行深入研究。本文主要工作及其结论如下:

    (1)在固体表面的液体黏附机理方面,在结合固-液界面黏附功理论与固体光滑表面润湿模型的基础上,分析液体在机加工粗糙表面铺展的过程,研究固--气三相接触线的移动特性进而从动态角度的分析液体的粘附过程,建立了基于最小系统自能的三相接触线铺展模型。发现影响接触线铺展过程的主要因素为固体表面本征接触角、轮廓单元的平均线高度与轮廓单元的平均宽度。

    (2)通过对具有各向异性特性的本征疏水高分子材料与本征亲水金属材料表面上进行液滴的静态接触角测量实验,研究平行于纹理方向与垂直于纹理方向的接触角大小与表面粗糙度及化学成分之间的变化规律并验证了三相接触线铺展模型的正确性。试验与理论分析表明,表面沟槽导致的能量壁垒与化学成分影响的液体润湿状态是影响固体表面抗黏附能力的主要因素该结论为不锈钢管抗黏附内表面制备提供了理论指导。

    (3)结合本文所面向的不锈钢管所具有的小口径、大长径比与薄壁等结构特点,并分析现有抛光工艺,选用电化学抛光方法进行管道抗黏附内表面的制备。根据对小口径不锈钢管道内表面电化学抛光特点进行机理性分析,结合加工过程中可能出现的各技术问题进行方案论证,最终提出装置的技术要求。并结合要求从装置总体机械结构、电解液加热、电解液循环、检测系统和装置数控系统五个方面进行了详细设计与优缺点分析,最终给出了一种可用于实验的小口径不锈钢管道内表面电化学抛光装置,为管道内表面处理提供了可能。

    (4)通过机理研究表明,电流密度、工具电极转速、工具电极进给速度、电解液温度、电解液流速、加工间隙及加工时间等工艺参数对抛光后管道内表面质量具有直接性影响。通过在自行设计并搭建了面向小口径不锈钢管道内表面的电化学抛光装置上,采用单因素控制变量法进行各电化学参数对管道内表面抛光质量的影响的实验性研究,结果表明:具有螺旋沟槽结构的工具电极相比较普通圆柱形工具电极有效的提高了管道内电解液的更新速度,有效的提高了管道内表面的抛光质量;电流密度、工具电极转速、工具电极进给速度、电解液温度、电解液流速、加工间隙及加工时间对抛光后管道内表面均有较大的影响。最后,通过工艺参数优化获得粗糙度值Rc0.14um的镜面级管道内表面。

    综上所述,本文所作的小口径不锈钢管内表面抗黏附机理及其制备技术研究,首先从固体表面的液体钻附机理进行深入研究,指明了提高管道内表面抗黏附能力的两个研究方向,然后从降低固体表面能量壁垒角度进行了面向小口径管的内表面电化学抛光研究。相信随着管道抗附制备技术的深入研究与发展,将有效的改善我国在该技术研究领域的相对落后局面

存在问题与改进措施

    本文虽对小口径不锈钢管内表面抗黏附理论与制备技术进行了大量的研究与工作,并获得了较为理想的效果。但限于时间原因,还有某些细节上还需要进一步完善与思考:

    (1)对抛光处理后的管道进行液体黏附实验,直接观察不同粗糙度下的液体黏附量,为三相接触线铺展模型与分析提供数据与理论支持。

    (2)进一步对电化学工艺参数进行工艺优化,进而提高不锈钢管道内表面抛光质量

    (3)本文从降低固体表面能量壁垒角度进行了抗黏附表面的制备,而对于润湿状态角度需要做进一步深入研究与分析

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