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复合镀层是一种具有特殊功能的新型镀层复合材料,它既具有基质金属的优良特性,又具有分散微粒的特殊功能特点。本文通过化学复合镀和复合电沉积的方法,选取微米级和纳米级ZrO_2颗粒为增强相,Ni为镀层基质金属,在Q235碳钢基体上分别制备出Ni-P-ZrO_2微米复合镀层和Ni-ZrO_2纳米复合镀层。研究了镀液中ZrO_2颗粒的加入量和搅拌速率与复合镀层的性能之间的关系,确定了镀液中ZrO_2颗粒的最佳添加浓度;利用光学显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X-ray衍射仪(XRD)等手段对复合镀层的截面形貌、化学成分和相结构进行了观察和分析。结果表明,ZrO_2颗粒均匀地分布于整个Ni-P基质镀层内,界面镀层与基体界面清晰,且结合比较紧密。整个复合镀层平整均匀,厚度约55μm左右。镀态下复合镀层的物相为非晶态结构;当镀液中ZrO_2颗粒含量达到9g/L时,镀层颗粒含量和镀速均达到最大,分别为%和2μm/h;添加ZrO_2粒子能显著提高复合镀层耐蚀性、硬度和耐磨性,复合镀层经热处理以后,镀层有明显的晶化现象,析出Ni_3P等硬质相,镀层硬度上升,经400℃热处理硬度达到最大,耐磨性最好。研究了表面活性剂对纳米ZrO_2复合电镀液悬浮分散性的影响,探讨了电沉积过程中搅拌方式对镀层纳米颗粒分散性的影响。结果表明,采用结构复杂的非离子分散剂使纳米ZrO_2在电镀液中具有较好的悬浮分散性。在纳米复合电沉积过程中,采用机械+间接超声搅拌沉积的搅拌方式能使镀层中的ZrO_2颗粒以接近纳米尺寸的粒径大小分布于Ni基合金中。采用氧化增重的方法重点研究了Ni-ZrO_2纳米复合镀层的高温抗氧化性能,并对氧化前后的微观形貌和显微组织进行了观察和分析。结果表明,经800℃以上高温氧化时,纳米复合镀层的高温产物主要为具有小平面化特征的NiO,这些NiO互相连在一起形成一层致密的氧化膜,对基体起到了很好的保护作用。纳米ZrO_2镶嵌于镍基质中,一方面阻碍了高温条件下氧在镀层中的扩散,降低了复合镀镍层的氧化速度,另一方面可以阻止Ni~(2+)晶界的短路扩散,从而阻止了氧化过程中晶粒长大,同时由于微粒在镀层表面的均匀弥散,使得基质镀层(Ni镀层)与氧化介质接触的有效面积减少,从而使镀层氧化增重明显降低。此外,由于复合镀层氧化层晶粒尺寸比纯镍镀层的要小,即变形率极大提高。因此,高温循环氧化时,复合镀层的氧化层可通过其扩散蠕变释放热应力。在整个热循环过程中,NiO层的生长是通过O_2~-(氧化初时可能由部分O_2~-)的内扩散从表面向内层进行的。

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铝电解多功能机组是专用于有色金属冶炼工厂的特种起重机械,属于有色冶金起重机,作为制铝行业的主要生产设备,在铝电解作业中起着至关重要的作用。其工作级别高、工作环境非常恶劣。在企业生产规模的大型化发展趋势下,对铝电解多功能机组提出了更高的要求:高生产率、高使用性能、高安全可靠性、人机工程合理性等。因此,对铝电解多功能机组关键部件及技术研究,对于提高生产作业的安全性及高效化,有着一定的现实意义和指导意义。本文从起重机设计出发,依据《起重机设计规范GB/T3811-2008》和《铝电解多功能机组有色金属行业标准YS/T7-2008》,结合铝电解多功能机组的特殊工况,研究其载荷情况和载荷组合;桥架结构部分以双梁型式和三梁型式、机械部分以大车运行机构车轮为研究对象,通过Solidworks有限元分析软件对其具体结构进行建模仿真分析比较,确定了铝电解多功能机组的主梁截面,对大车车轮运行工况进行了一定的改善。本文旨在探索铝电解多功能机组在大车结构型式、大车运行机构车轮结构等关键技术方面满足其大型化发展需要的思路与方法,从而完成满足这一发展趋势下的铝电解多功能机组的分析与研究。