真空泵在化工企业如水、电、压缩空气一样是不可缺少的公用设施。用于化工行业的真空泵必须结实、可靠,能处理大量蒸汽、腐蚀性气体和可燃性气体。本文介绍了各种真空泵的结构与性能,认为液环泵和螺杆真空泵最适合于化学工艺应用。

扩散泵由于其大抽速、连续稳态工作的优点,有望应用于未来聚变堆的偏滤器抽气系统中,以降低目前托卡马克装置中广泛采用的捕集式低温泵所带来的高氚存储量问题。由于氚相容性的限制,目前的商业油扩散泵无法直接应用于聚变堆中,水银将是理想的扩散泵工作介质。为了支持未来聚变堆偏滤器抽气系统的水银扩散泵设计,需要针对水银扩散泵开展设计优化研究。本文采用直接模拟蒙特卡洛方法,基于KT-150扩散泵结构,研究了喷嘴角度对水银扩散泵的抽气速度及水银返流率的影响。结果表明喷嘴角度为45°时能够达到最佳的抽气速度1.53m³/s,同时返流率没有显著提升。

介绍了250mm口径低温泵的设计及计算,详细列出壳体、吸附阵、冷屏、障板等部件的设计。文中对壳体强度,冷屏、障板和冷凝板的热负荷进行详细计算。通过对冷屏、障板和吸附阵进行温度场分析,校核了计算的准确性,同时又为实际试验提供了理论依据和温度参考。

污水的真空收集技术在船舶、列车,建筑等领域有着广范的应用。而以真空粉碎泵为核心的泵站系统,则是真空排水技术中较为先进的一种方式。本文参照目前可靠性较高的Jets公司的真空粉碎泵专利,分析了粉碎式真空排污泵的设计难点,推导获得了关键零部件设计计算公式,并针对我公司的具体使用环境,对粉碎式真空排污泵的各零部件进行了设计计算,最终完成了样机的试制,并进行了试验检测。测试泵性能满足使用要求,但是与计算值仍有一定差距,需要进一步优化泵体设计。

设备主体结构包含高温加热控制系统、旋转圆环体、电机动力系统、块状样品拆换系统、真空系统、控制系统、支撑台架等主要部分。其中旋转圆环体用直径Φ50mm壁厚2mm、316L不锈钢管弯制而成圆环状,留有钨球及样品测试用安装活接口。管道内部装有钨球,旋转环随轴转动模拟钨球在不同温度、不同流速下对管道内壁及内部电器件的磨损情况。圆环管道中心直径1000mm,设备要求极限温度为650℃,极限真空为2Pa,系统在各实验温度点的漏率均优于5×10^-8Pa·m³/s。

为了研究多弧离子镀技术中所用靶材与薄膜成分比例的关系,并对比不同成分比例的(Ti,Cr)N膜的摩擦学性能, 设计制备了纯Ti靶、纯Cr靶及钛铬比分别为 9:1、4:1和1:1的钛铬合金靶共5种靶材进行镀膜试验。利用扫描电子显微镜观察薄膜微观形貌,利用X射线能谱分析仪对微区成分进行定性和半定量分析,利用X射线衍射分析薄膜结构,通过摩擦磨损试验测试薄膜的耐磨性,最终以磨痕宽度、磨痕深度和磨痕长度来计算磨损体积,以磨损体积表征不同膜的耐磨性能。测试结果表明,合金靶制备的薄膜中成分比例并不与靶材中的成分配比一致,但均具有TiCrN(200)择优取向。纯靶制备的薄膜表面最为细腻,TiCrN膜的粗糙度随Cr含量的提高而降低。TiCrN膜的硬度和耐磨性明显优于纯靶制备的薄膜,在靶材配比Ti:Cr=4:1时制备的Ti_0.3Cr_0.23N薄膜硬度最高(HV_0.05 3274.9)、耐磨性能最好。以合金靶制备复合薄膜时,薄膜中的成分比例受单一金属离化率的影响较大,受靶材中金属配比的影响较小;在薄膜中添加硬质元素可以改善膜的质量、提高耐磨性能。

采用等离子渗镀技术在DC 53冷作模具钢表面制备CrN和CrVN复合涂层,利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和摩擦磨损试验机,对比研究了两种涂层的组织结构、力学性能以及摩擦磨损性能。结果表明:所制备的CrN和CrVN涂层均为面心立方 (fcc) 结构,并呈现 (111) 择优取向,其中CrVN涂层形成了以fcc-CrN相为基础的CrVN固溶体结构。CrN涂层中掺入V抑制了柱状晶生长,涂层结构更加致密,硬度和结合力明显提高,摩擦系数及磨损率降低。CrVN涂层表面粗糙度较低,并在摩擦过程中生成具有自润滑性的VO₂,涂层抗粘铝性能得到改善。

为提高钛合金材料抗冲蚀性能,利用真空阴极电弧沉积技术在TC11钛合金上沉积CrAlN涂层,研究靶电流、偏压和气压对涂层结构及性能的影响。采用扫描电镜观察膜层表面和截面形貌,金相显微镜对表面的大颗粒进行定量分析;显微硬度计测量膜层的维氏显微硬度;采用喷砂试验机对涂层的抗冲蚀性能进行测试,通过三维表面轮廓仪测量涂层厚度和侵蚀坑的深度;X射线衍射仪表征涂层中的晶体结构。结果表明:靶电流从70A增大到110A,虽可提高涂层的沉积速率,但会导致涂层表面大颗粒增加,从而降低涂层的抗冲蚀性能;气压从1Pa增大至4Pa,可有效地减少涂层表面颗粒的尺寸及数量,但也会一定程度降低沉积速率及硬度;偏压对CrAlN涂层的结构及性能影响最大,偏压在-50V时涂层呈(200)择优取向,-100V涂层呈(111)择优取向,-200V时,涂层择优取向不明显;且随着偏压的增加,涂层的硬度及抗冲蚀性能增大,在高冲蚀角下,冲蚀的失效机理为脆性失效。结论工艺参数中靶电流对表面质量的影响最大;涂层的生长取向与偏压密切相关;CrAlN涂层的表面质量及硬度直接影响其抗砂粒冲蚀性能,偏压对涂层抗冲蚀性能影响最大。最终优化的工艺参数为:靶电流90A、偏压-100V、气压4Pa。

采用直流反应磁控溅射方法在室温下制备WO₃薄膜。研究溅射功率对WO₃薄膜结构及电致变色性能的影响规律,考察退火后WO₃薄膜的结构演变及电致变色性能变化。结果表明溅射功率为270W时薄膜表现出较好的电致变色性能,其调制幅度达78.5%,着色时间为9s,褪色时间为3.2s。将该功率下制备的WO₃薄膜进行退火处理,其结构由非晶态转变为晶态,但调制幅度、响应时间特性都发生一定程度的退化。非晶态WO₃薄膜相比晶态结构具有更快的响应时间和更宽的调制幅度,但晶态薄膜具有更好的循环稳定性。

针对高端阀门内径20mm导向套内壁处理,采用高频高压脉冲电源,研究了氩气气氛下工作气压、脉冲电压和频率等参数对导向套空心阴极放电伏安特性的影响,并对工件间距及与阳极距离等放电结构进行了研究。结果表明:管内空心阴极放电需要一个稳定过程,脉冲电流随着时间的增加逐步降低,而后达到稳定放电阶段。提高脉冲电压或工作气压,管内空心阴极脉冲峰值电流增加。脉宽或频率的增加,脉冲峰值电流不变,但平均电流增加,且频率的增加使得激励时间减少。放电结构的分析表明,管间距的减少,放电电流变化不大,而管口与阳极之间距离的减少,使得放电峰值电流略有增加。以上研究结果为高端阀门小直径导向套等内壁薄膜制备提供了有效指导。

详细介绍了矩阵变换器的拓扑结构及工作原理,并讨论了矩阵变换器的开关函数调制方法和空间矢量调制方法。最后对基于上述两种调制策略的矩阵变换器进行仿真。由结果可知:采用空间矢量调制时电机启动较快,低频和高频时电机的运行性能也好于开关函数调制,但采用开关函数调制时,电机的定子电流谐波特性好于空间矢量调制所得到的结果。

为满足某型号航天产品的热真空试验要求,设计了专用的控温热沉,由热沉、加热器及配套的控温系统等组成。本文简述了某型号专用控温热沉的设计,并对该结构进行了仿真分析验证,分析结果表明,产品发热量为200W时,空间温度最高可高于+120℃,热沉本体低温可低于-180℃,具备温控条件。温控系统采用PID自适应调节,使用结果表明,能将空间温度度在(-180~+120)℃可控,控温精度可达±0.5℃,满足试验要求。

真空冷却技术具有降温速度快、运行能耗低等优点,在食品冷链中得到了应用并迅速发展。本文以蒸煮肉制品为研究对象,开展蒸煮肉制品真空冷却效果实验,分析不同冷阱温度对冷却速率、质量变化和真空室内压力对冷却效果的影响。结果表明:不同的冷阱温度对蒸煮肉制品冷却速率、冷却前后的质量变化,以及对冷却过程中真空室内的压力产生不同的影响。另外,并非冷阱温度越低冷却效果越好,实验对比了冷阱温度为-15℃、-25℃和-35℃下的真空冷却过程,冷阱温度的最佳值为-25℃,冷却时间最少为320s。

针对彩色3D打印彩色轮廓生成问题,本文提出一种基于纹理贴图模型的彩色轮廓生成算法。根据平面投影法建立纹理和三维模型的映射关系,接着对该模型进行切片处理取得轮廓顶点的几何信息和纹理信息;并根据轮廓顶点和纹理图片的映射关系,插值出顶点间色彩信息;同时给出一种内外轮廓的快速识别算法,并提出一种基于偏置算法的彩色轮廓偏置方法,形成颜色厚度,消除阶梯效应。

以高氯酸溶液为电解液,对激光选区熔化TC4钛合金试样进行电解抛光工艺试验,研究了电流密度、时间、温度、阴极材料等相关参数对试样的粗糙度、失重率、减薄率的影响,同时,对抛光处理后试样的表面形貌进行了分析。研究结果表明,按高氯酸10mL、冰乙酸100mL、水12mL配比的混合电解液,在电流密度为(0.27~0.37)A·cm^-2,温度(30~35)℃,时间(15~20)min的条件下进行电解抛光所得的效果较好。试样表面粗糙度Ra由13.66μm降至1.52μm,厚度减薄率在(6~7)%左右,试样表面平整光亮,均一性较好。

针对金属激光直接沉积增材制造零件产生的残余应力,采用激光冲击强化技术冲击零件表面,有效改善材料的微观组织,提高力学性能,减少或延迟裂纹的形成和扩展,提高金属材料的疲劳寿命、耐磨性和耐腐蚀性。通过搭建由机器人、激光器、光路系统、约束层系统组成的自动化激光冲击强化系统,采用离线编程、加工环境仿真、系统集成控制等方法,并将光路系统置于真空环境中,安全高效地解决了多种零件表面的激光冲击强化工艺过程。

为了明晰激光增材制造翘曲变形行为,获得相关变形规律。对Inconel 625高温合金激光增材制造工艺对零件变形量的影响进行了分析,实验结果表明:扫描路径的长度决定翘曲变形量的大小;不同工艺参数对翘曲变形量的影响程度不同;激光增材制造加工过程一般会同时引起两个方向的翘曲变形;同时翘曲变形量随着激光功率的增加而增加,随着扫描速度的增加而增加,随着送粉速度的增加而减少。