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不锈钢表面惰性氧化膜制备及抗结焦性能研究

作　者: 刘巧妹
导　师: 张守臣
学　校: 大连理工大学
专　业: 化学工艺
关键词: 航空煤油结焦溶胶-凝胶
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

利用吸热燃料冷却航空发动机的高温部件,是提高发动机性能的有效途径。吸热型碳氢燃料一方面为飞行器提供动力,另一方面作为冷却剂与高温部件进行换热。换热后的燃料温度不断升高,有利于在燃烧室内的雾化和燃烧。但输油管路由于长时间与高温燃料直接接触,壁面出现结焦现象。结焦的产生会对发动机的换热及燃料系统造成危害。因此,研究如何有效抑制金属表面燃料结焦具有重要意义。航空燃料的结焦反应主要分为由溶解氧引发的氧化结焦和金属催化裂解结焦。本研究以航空煤油为原料,首先利用化学分析方法测定了其中溶解氧的含量。根据碘量法的基本原理,研究了适用于航空煤油溶解氧测定的化学分析方法,利用该方法测得煤油中溶解氧的含量为68.84mg/kg。采用溶胶-凝胶法在航材SS304不锈钢基体表面制备SiO2薄膜,以正硅酸乙酯为前驱体,用硅烷偶联剂进行改性。考察了pH值、添加剂用量、溶剂量、水量和温度对SiO2溶胶稳定性及涂层的影响。扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)对500℃热处理后的涂层表征结果表明,溶胶-凝胶法在不锈钢基片表面制备了平整光滑、与基体结合紧密的单层SiO2膜,制备的多层SiO2膜可完全覆盖基体,但表面有裂缝,最外层部分易脱落。采用溶胶-凝胶法在不锈钢基体表面制备硅铝复合涂层,分别以异丙醇铝和硝酸铝为铝源,TEOS为硅源。实验研究了水解温度、水量及胶溶剂的用量对异丙醇铝制备铝溶胶过程中的影响。SEM和EDS表征分析表明,以异丙醇铝为铝源,在不锈钢基体上制备的SiO2-Al2O3复合涂层光滑均匀。以硝酸铝为铝源,TEOS为硅源,制备SiO2、Al2O3摩尔比为2:1的硅铝复合涂层由大小不同的岛屿状组成,涂层表面有空隙,不连续。未涂层不锈钢基体与各涂层试样在煤油裂解装置中进行抗结焦测试,考察煤油裂解结焦量受裂解温度、反应时间及煤油流量的影响情况。结焦测试实验数据说明各涂层对航空煤油高温下裂解结焦均起到了抑制作用,当航空煤油流量为0.15ml/min,温度600℃下裂解5h时,多层SiO2膜表面结焦量减少了28.5%。SEM和EDS对焦炭形貌的表征结果表明,不锈钢表面的氧化涂层对结焦反应起到阻隔层作用,溶胶-凝胶法制备的多层SiO2膜钝化金属表面抗结焦效果最佳。

不锈钢表面惰性氧化膜制备及抗结焦性能研究

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