注浆管表面的固体润滑涂层研究

研究了帷幕灌浆中注浆管表面的固体润滑涂层组成.用附着力试验仪、耐磨试验机、冲击试验机、电子万能试验机测试了固体润滑涂层的附着力、耐磨性、抗冲击性和拔管摩擦阻力,用傅立叶红外光谱仪(FTIR)分析了固体润滑涂料磨损前后的变化.结果表明:环氧树脂固体润滑涂层的耐磨性和附着力优于不饱和树脂固体润滑涂层,但抗冲击强度低于不饱和树脂固体润滑涂层;涂敷不饱和树脂固体润滑涂层注浆管的拔管摩擦阻力小于涂敷环氧树脂固体润滑涂层注浆管的拔管摩擦阻力,比未涂敷固体润滑涂层注浆管的拔管摩擦阻力平均降低25%;耐磨性和拔管摩擦阻力随固体润滑涂层的涂层厚度增大而下降.傅立叶红外分析结果表明,涂层磨损后,部分官能团的峰面积发生了变化.试验分析表明,润滑摩擦作用机制是层剥落磨损.     

不同温度真空热处理对FeCrMoCBY非晶合金涂层组织结构与摩擦学性能的影响研究

深部地质钻探过程中,复杂的井下工况对钻具的钻探性能以及可靠性提出了苛刻的要求。钻具钢体表面涂覆具有耐磨耐蚀性的非晶涂层可以有效提高其服役寿命。其中Fe基非晶合金涂层因其优异的耐腐蚀抗磨损性能、较强的非晶形成能力等优势,具有重要的应用价值和较好的经济效益。本文通过大气等离子喷涂技术（Air Plasma Spray, APS）在35CrMo基体上制备得到成分为Fe₄₈Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂ （at.%）的非晶合金涂层,并对其进行不同温度的真空热处理,探究了不同温度热处理对涂层基本性能和磨损失效机制的影响。结果表明：涂层经过真空热处理之后,生成的大量硬质相和成分均匀化使得涂层抗磨损性能提高;且随着热处理温度的提高,涂层磨损率逐渐减小。与未经热处理和750 ℃热处理的涂层相比,经过850 ℃热处理之后的涂层具有最佳的抗磨损性能,磨损率仅为未经热处理的Fe基非晶涂层的16.7%。热处理前后涂层的失效机制均为粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损和氧化磨损。     

含碳化钨硬相的镍基涂层泥浆泵缸套研究

５＃钢泥浆泵缸套内工作表面，以碳化钨硬相镍基涂层进行真空熔烧强化处理，大幅度提高了缺套的耐磨料磨损性能。对涂层的显微组织结构及机械性能进行了试验分析，并给出了涂层缸套现场使用的试验结果     

氧化铜-磷酸盐无机胶粘剂的制备工艺研究

研究了氧化铜粉粒径、磷酸盐密度、调胶比、固化时间及固化温度等对氧化铜-磷酸盐无机胶粘剂粘接性能的影响。实验结果表明,采用粒径为55~65μm的氧化铜粉,适当提高磷酸的聚合程度,调胶比R=4~5.5 g/m l时,胶粘剂可以获得良好粘接性能。同时采用80℃左右的固化温度,保持不小于3 h的固化时间,则是胶粘剂发挥最佳效能的决定性因素。同时添加合适的改性剂如氢氧化铝能够有效地改善胶粘剂粘接性能。     

涂铁石英砂去除水中As(Ⅴ)的实验研究

选择来源广泛的石英砂作为负载体,以Fe Cl3为原料,用加热蒸发法合成制备简便且易于过滤的新型材料——涂铁石英砂(IOCS)。合成的IOCS表面的铁氧化物以赤铁矿为主,含铁量为11.73%,比表面积较改性前提高12.2倍。IOCS对As(V)的吸附动力学实验和等温吸附实验结果显示其吸附As(V)平衡时间为80 min,对As(V)的最大吸附量为1.22 mg/g。吸附符合Lagergren准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型,是表面吸附和共沉淀并存的过程。当初始As(V)浓度分别为0.1 mg/L、1 mg/L、5 mg/L,IOCS投加量与溶液中As(V)质量比分别为20000∶1和10000∶1时,在p H=6和p H=8.5两种条件下,IOCS对As(V)的平均去除率分别为86.10%和80.39%。     

高温磨粒条件下氟橡胶圈摩擦磨损机理研究

井下高温和磨粒是影响密封件密封失效的常见原因,了解高温条件下的弹性体在磨粒环境中的磨损机理对提高井下密封件寿命有着重要意义。对氟橡胶进行不同高温处理后,开展橡胶的摩擦磨损实验研究,分析在磨粒条件下橡胶的磨损情况和摩擦磨损机理。实验结果表明,随着橡胶加热温度的升高,摩擦系数曲线平衡所需的时间逐渐减少。未高温处理的橡胶表面的磨损形式以犁沟为主。100 ℃时橡胶的磨损表面受到高温的影响而发生改变,犁沟减少。200 ℃时氟橡胶圈表面以凹坑为主,并且磨损最严重。304不锈钢表面的磨损随着橡胶的加热温度的改变而变化,磨损面中心区域的磨损形式由犁沟向凹坑转变,而磨损面的内侧由凹坑向犁沟转变。     

化学改性对纳米铁黄粉体表面及其亲油化度的影响研究

为了使酸性含镍氯化铁蚀刻废液资源化制备的铁黄达到颜料性能指标,通过考察改性剂的种类、改性剂用量、改性p H、改性温度和改性时间对铁黄粉体亲油化度的影响,并通过红外光谱、热分析解析了改性剂在粉体表面作用机理。研究结果表明:在最佳工艺条件下,当改性剂为十二烷基苯磺酸钠、改性剂用量为7%、p H为3.5、温度为30℃和改性时间为30 min时,其亲油化度高达54.7%。红外光谱和热分析显示,十二烷基苯磺酸钠以化学键合的方式结合在纳米铁黄的表面,其包覆量大约为5.4%,使纳米铁黄粉体具有亲油疏水性能。     

超音速火焰喷涂金属陶瓷复合涂层的耐磨性能研究

为改善深部钻具关键易损构件的耐磨性能,采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术在35CrMo钢基体上制备了WC-10Co4Cr涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、显微硬度仪、维氏硬度计和摩擦磨损试验机测试分析了涂层的微观结构、力学性能和摩擦磨损行为。结果表明：利用HVOF技术制备的WC-10Co4Cr涂层具有致密的微观结构和优异的力学性能,其孔隙率为1.3±0.1%,显微硬度为1392±45 HV0.3,断裂韧性为7.11±0.10 MPa·m1/2;与35CrMo钢基体相比,涂层具有更加优异的耐磨损性能,并且随着滑动速度的增加,WC-10Co4Cr涂层的摩擦系数下降、磨损率增大;WC-10Co4Cr涂层的磨损失效机制主要包括磨粒磨损、粘着磨损和疲劳磨损。     

外业用环形焊缝涂层的性能比较

当在各种不同表面清洁度进行涂层处理时,用阴极涂层脱落和水浸试验法,对一系列环形焊缝涂层进行了评价,以便确定它们的性能,这些试验是在２５℃,３８℃和６６℃条件下,历时达９０天,数据表明,全部涂层的性能与表面清洁度直接相关,而且在不进行表面喷砂处理时,其性能明显下降。     

黄豆脲酶诱导碳酸钙沉淀多变量试验研究

植物源脲酶诱导碳酸钙沉淀（enzyme induced carbonate precipitation,简称EICP）可以显著改善砂土的工程力学特性,但在具体操作时,参数取值无对应规范,固化效果有待提升。基于黄豆脲酶,研究了温度、脲酶浓度、尿素浓度、钙浓度、pH值、钙源种类等变量对脲酶活性与碳酸钙沉淀的影响,并进行了沉淀物（碳酸钙晶体）的扫描式电子显微镜（scanning electron microscope,简称SEM）与X射线衍射（X-ray diffraction,简称XRD）测试,在此基础上开展了黄豆脲酶固化砂的无侧限抗压强度与固化效果试验研究。结果表明：脲酶活性随脲酶浓度的增加而线性增长,但存在温度阈值,温度超过阈值后,脲酶将完全失活,且阈值随脲酶浓度的增大而降低;尿素浓度与pH值共同影响脲酶活性,二者存在一个最优组合,当尿素浓度在0.1～1.0 mol/L时最优pH值为7,当尿素浓度在1.0～1.5 mol/L时最优pH值为8。脲酶是沉淀反应的催化剂,脲酶浓度越高,反应越完全,碳酸钙沉淀率越高;尿素与钙溶液则主要通过掺入量影响碳酸钙沉淀量,掺量比例宜为1:1,且二者浓度与pH值可通过影响脲酶活性来影响碳酸钙的沉淀情况;不同钙源对碳酸钙沉淀量的影响幅度不大。不同钙源沉淀碳酸钙晶体的成分与密度基本相同,但晶体结构差异较大,氯化钙沉淀碳酸钙晶体以块状为主,表面分布球状、类球状晶体,胶结面大,可作为EICP技术中较为理想的钙源。基于黄豆脲酶和氯化钙钙源固化砂的无侧限抗压强度约为掺粉煤灰砂样的6倍,通过SEM图像可发现,沉淀碳酸钙晶体包裹并黏结砂粒成为整体,固化效果非常理想。     

A moving boundary solution for solidification of lava lake and magma intrusion in the presence of time-varying contact temperature

During the solidification of a lava lake heat is released convectively from the top surface as well as conductively into the country rock from the base, leading to non-uniform solidification. The upper solidified layer grows at a faster rate than the lower solidified layer. Similarly, solidification of magma intrusion within the crust is also non-uniform due to the presence of thermal gradient in the crust. Available analytical solution for solidification of a melt layer assumes only symmetric cooling about the centre of the layer. In the present work a moving boundary solution for thermal evolution and non-uniform solidification of a melt layer incorporating time-varying contact temperature conditions at both of its boundaries is developed. The solution is obtained by using the Fourier spectral approach in the space domain and a modified finite difference scheme in the time domain, and is validated with available analytical solutions for simple cases and a semi-analytical solution for the case involving temperature gradient in the country rock. This solution can be used to analyse solidification of lava lakes and magma intrusions experiencing time-dependent temperature variation at their contacts with the country rock.     

喀斯特石漠化地区土壤Fe组成及其发生学意义

土壤中氧化铁的组成反映了土壤的成土过程和环境条件。通过对西南喀斯特石漠化地区不同石漠化阶段山地自然土壤和农田土壤Fe组成的分析,研究了土壤全铁、游离氧化铁和非晶形氧化铁的分布规律,探讨了喀斯特地区石漠化土壤的发育过程和Fe的指示作用。研究表明:①喀斯特地区土壤表层全铁含量在38.9～53.9g/kg之间,游离氧化铁含量在18.0～26.7g/kg之间,铁游离度在44.1%～73.4%之间,铁活度在7.2%～11.4%之间。②随着石漠化程度的加剧,土壤游离氧化铁和铁游离度呈增加的趋势,而铁活度呈降低的趋势。③在土体分布上,自然土壤剖面随深度的增加,土壤铁游离度和铁活度呈明显降低的趋势,而农田土壤铁游离度呈增加的趋势。④喀斯特地区的土壤是石灰岩溶蚀风化的产物,人为活动干扰下的自然土壤石漠化过程是在水力作用下的表土侵蚀过程,而农田土壤受水分垂直运动的影响,是土壤丢失的过程。     

微生物矿化作用改善岩土材料性能的影响因素

基于微生物诱导碳酸钙沉淀作用（MICP）的土体改性技术近年来在岩土工程领域引起了人们的广泛关注。该技术在改善岩土材料的强度、刚度、抗液化、抗侵蚀及抗渗透性等性能的同时,还能维持土体良好的透气性和透水性,改善植物的生长环境。由于微生物矿化作用涉及一系列生物化学和离子化学反应,固化过程中的反应步骤较多,因此,MICP固化效果受许多因素的制约与影响。基于大量文献资料,系统总结了细菌种类、菌液浓度、温度、pH值、胶结液配比及土的性质等关键因素对微生物改善岩土材料性能的影响,讨论了这些影响因素的优化方式和未来的研究方向,主要得到了以下几点结论：菌种类型、菌液浓度、温度、pH、胶结液性质会从微观上影响碳酸钙的晶体类型、形貌和尺寸,进而在宏观层面影响岩土体的胶结效果;菌液浓度尽可能高、温度在20～40℃间、pH值在7.0～9.5左右、胶结液浓度在1 mol/L以内的因素条件对微生物加固岩土体具有较好的效果。上述范围内的低温、较高的pH值、低浓度胶结液有助于提高土体的抗渗性,而高温、较低的pH值以及中高浓度胶结液有助于提高土体的强度;MICP加固土体的有效粒径范围为10～1 000 ?m,相对密度越大、级配越好则加固效果越好。分步灌浆法、多浓度相灌注法及电渗灌浆法有助于提高土体固化均匀性,0.042 (mol/L)/h以下的注浆速度有利于提高胶结液利用率,砂土试样的灌浆压力一般在10～30 kPa之间,粉黏土试样的灌浆压力不宜超过110 kPa,过高的灌浆压力会破坏土体结构,降低固化效果。     

利用粉煤灰制备高强矿物聚合材料的实验研究

以粉煤灰和内蒙古白云鄂博的富钾板岩提钾后的硅铝质滤渣为粉体原料,标准砂为骨料,采用振动成型方法,在90 ℃下养护24 h,制备了矿物聚合材料。实验结果显示：制品的7 d饱水抗压强度达78.5 MPa,28 d饱水抗压强度可达89.0 MPa;制品的含水率和吸水率分别为5.3%和15.0%;在20 ℃下,制品在浓度为1.0 mol/L的硫酸溶液中浸泡24 h,其质量损失率为2.1%。以制品的抗压强度为指标,研究了主要因素（提钾滤渣比例、固液质量比、硅酸钠含量和标准砂含量）对制品性能的影响。结果表明：干燥的提钾滤渣在粉体物料中的比例对制品的力学性能影响最大;硅酸钠水玻璃在液相中的比例约为70%,且标准砂占固相的比例为70%左右时,可制得力学性能良好的矿物聚合材料。矿物聚合材料的固结过程为：硅铝质原料在碱硅酸盐溶液中先分解为铝硅酸盐低聚体,低聚体再通过脱羟基聚合反应生成铝硅酸盐胶体相,进一步形成由[SiO₄]^4- 和[AlO₄]^5-四面体相互连接的具有三维网络结构的矿物聚合材料基体相,从而赋予制品良好的力学性能。     

Dissolution mechanisms of goethite in the presence of siderophores and organic acids

In dynamic natural systems such as soils and surface waters, transient biogeochemical processes can induce strong chemical non-steady-state conditions. In this paper, we investigate the effects of non-steady-state conditions on ligand-controlled iron oxide dissolution. The rates of goethite dissolution at pH 6 in the presence of low molecular weight organic acids (oxalate, citrate or malonate) were observed. Non-steady-state conditions were induced by rapid additions of fungal, bacterial or plant siderophores. In the presence of the low molecular weight organic acids, dissolved iron concentrations are below detection limit as predicted by equilibrium solubility calculations. The rapid addition of the siderophores triggered reproducible, fast dissolution of kinetically labile iron from the iron oxide surface. The same effect was observed upon rapid additions of high citrate concentrations to goethite-oxalate suspensions. The concentration of the labile iron pool at the mineral surface was a function of the surface concentration of the low molecular weight organic acids and of the reaction time before addition of the siderophores. Isotopic exchange with ⁵⁹Fe independently confirmed the existence of the labile iron pool before addition of the siderophore. A dissolution mechanism was elucidated that is consistent with these observations and with accepted models of ligand-controlled dissolution. We conclude that the fast dissolution reaction observed here is an important process in biological iron acquisition and that it is based on a general geochemical mechanism.     

生物炭对磷石膏中磷的固化作用

磷石膏中的磷在雨水淋滤作用下浸出,将污染堆场附近水体。本研究采用生物炭固化磷石膏中的磷,以减少其对周遭水体的污染。主要通过模拟固化实验和对照浸出实验,分析生物炭用量、反应时间和温度、初始pH值对固化效果的影响,通过XRD、SEM-EDS分析固化后的生成物。实验结果显示,在生物炭用量为25 mg时,单位固化量达到最大值13.20 mg/g;在反应温度T=293 K、初始pH=7条件下,反应平衡时间72 h时浸出液的磷平衡浓度C_e= 1.40 mg/L;温度提升有助于提高生物炭的固化效果,当T=308 K时,浸出液的磷平衡浓度C_e=0.167 mg/L;碱性条件有利于固化反应持续进行,在pH=11条件下,浸出液的磷平衡浓度C_e=0.153 mg/L。实验结果表明生物炭对磷石膏中的磷具有明显的固化效果。磷石膏中的二水硫酸钙溶解后,Ca²⁺与表面带负电的生物炭结合,在生物炭显微结构的凹陷处,化学吸附溶液中的磷酸根生成了絮状、团簇状的羟基磷灰石(HAP)沉淀,从而使浸出磷得到有效控制。     

闽南-台湾浅滩陆架沉积砂中石英颗粒表面的微结构

石英颗粒表面微结构的研究是随着电子显微镜应用到地质学上而发展起来的。近年来利用扫描电镜观察石英颗粒表面形态特征及差异来研究沉积物物质来源、搬运方式和沉积环境已在我国开展起来。本文是在对闽南-台湾浅滩陆架的地形、沉积物粒度研究基础上,用JSM-50A扫描电镜观察、研究石英颗粒表面微结构时,发现调查海区的(中砂)沉积物中的石英颗粒具有各种微结构,反映特有的沉积环境。     

Internal deformation of a muddy gravity flow and its interaction with the seafloor (site C0018 of IODP Expedition 333, Nankai Trough,SE Japan)

The processes of flow deformation of marine mass-transport sediments, including their ability to affect the underlying substrate and add mass during sediment flow events, are addressed based on sedimentological analyses of strata from the distal part of a ～61-m-thick mass-transport deposit (MTD 6) drilled during Integrated Ocean Drilling Program (IODP) Expedition 333. Our analyses, supported by 3D seismic data, show a cohesive density flow deformed by folding, faulting and shear, except for its lowermost part (～7 m), where no deformation and sediment entrainment was identified. While the lowermost part moved as rigid sediment, the underlying sand layer acted as the basal shear zone for this part of the distal MTD 6. This shear zone was restricted to the sand, not involving the overlying sediments. From this, the studied part of MTD 6 was found to represent a case where the flow behaviour at least partly depended on the location and properties of the underlying sand layer, a situation that so far has received little attention in studies of marine flows. Our results also show that shear-induced mixing, located by the initial layering, is an important process in the flow transformation from cohesive slumps to mud flows and that this may occur over short distances (<4 km) without involving disintegration into blocks, probably due to only moderate prefailure consolidation of the sediments involved. In conclusion, we find that the bulk part of the flow was self-contained from a mass balance point of view and that that the overall amount of entrainment was limited.     

铁在含水层介质中的沉积行为研究

为分析铁在含水层介质中的沉积行为,以石英砂为实验材料,研究了铁在石英砂表面的吸附规律,并对接触时间、铁浓度、腐植酸、钙离子等对沉积过程的影响进行了探讨。结果表明:铁在石英砂上的沉积是单分子层沉积,且沉积过程符合准一级动力学模型。低浓度腐殖酸会促进铁在石英砂上的沉积,但受络合作用影响,增加腐植酸浓度会减少铁在石英砂上的沉积。当水中存在阳离子Ca2+和阴离子SO42-时,会促进铁的沉积,NO3-离子的影响较小,而高浓度F-离子会阻碍铁的沉积。