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機械電子工程將傳統的機械科學與資訊化的電子技術融合在一起,形成了一門新興的學科,且在日常生活中得到了廣泛的應用,並向著人工智慧的方向發展。下文是小編為大家蒐集整理的關於下載的內容，歡迎大家閱讀參考!
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論水力機械抗汽蝕表面防護技術
0 引言
水力機械裝置是構成水電站的主要裝置，可以將水力能源轉化為電力能源。水力機械能否良好地執行不僅直接與水電站的執行狀況相聯絡，還關係到整個電力系統執行狀態的穩定性和運營效益。相關調研發現，國內目前運營中的水電站，半數以上都存在水力機械的過流部件尤其是轉輪的磨損和汽蝕的問題。汽蝕破壞縮短了檢修週期，使檢修工作量增加了，既對電力生產產生了嚴重的影響又造成了大量的人力、物力、財力的浪費。因此，提高水力機械的執行可靠性，延長其使用壽命，是當前亟待解決的問題。
1 材料的汽蝕機理
水力機械的金屬材料出現磨損和汽蝕現象時，其損傷程度因其材料效能和執行環境而異。根據有關實驗研究表明，塗層材料和整體材料在抗汽蝕機理方面存在著較大的差異性;不同整體材料也有不同的抗汽蝕機理。對於金屬材料來說，其金屬屈服極限加大，汽蝕凹坑的平均深度會變淺。屈服極限高的金屬材料，衝擊脈衝能量主要消耗於彈性變形;屈服極限低的金屬材料，衝擊脈衝能量主要消耗於塑性變形。隨著金屬屈服強度的變化，汽蝕凹坑數也呈現出同樣的變化趨勢。
對相關研究成果進行分析，發現：整體材料的汽蝕過程可以在大體上分成四個步驟，即孕育、升高、穩定及衰退階段。對於熱噴塗層來說，其塗層結構多孔、呈層狀、粒子會發生氧化作用。氧化物和孔隙對於裂紋的產生和擴充套件會起到促進作用，如果熱噴塗層的層次與層次之間沒有足夠的結合強度，裂紋就會一層一層逐步擴充套件直至脫落，最終導致材料報廢，造成一部分經濟損失。
2 表面塗層防護技術在水力機械中的應用
2.1 高速火焰噴塗防護技術
高速火焰噴塗可以製成高質量的塗層，採用這種工藝方法對水力機械進行抗汽蝕表面防護是近幾年發展起來的。高速火焰噴塗而成的塗層具有接近鑄態組織、材料氧化少、孔隙率低、基體結合強度比較高的優點。高速火焰噴塗工藝能夠使機械裝置的熱變形控制在較小的範圍內，汽蝕率也比較低，也不會影響到基體材料的結構組織。建材市場中有一種金屬陶瓷應用十分廣泛，其塗層主要由高速火焰噴塗製作而成。目前這種塗層也廣泛應用在水力機械的抗汽蝕防護中，對水力機械起到了非常好的保護作用。
2.2 電鍍塗層防護技術
稀土鉻合金是電鍍塗層的主要應用成分。電鍍塗層在應用到水電站的水力機械中後，使其工作壽命比之前延長了2倍。電鍍塗層在常溫下即可加工，塗層表面光滑，硬度達到了HV1000，不存在變形的問題。所以，電鍍塗層擁有良好的抗磨蝕性和抗汽蝕性。抗汽蝕電鍍塗層也有一定的缺點，就是鍍層比較薄，即使經過14-16個小時的電鍍，其厚度仍舊在0.025-0.035釐米左右。電鍍塗層在泥沙含量和水流量比較大的地方的使用效能仍舊不理想。
2.3 熱處理和滲氮和滲鋁
相關研究發現，將水力機械進行熱處理，即低溫淬火和低溫回火之後，可以提高其抗磨損能力。另外，水力機械進行滲氮和滲鋁處理之後，其部件的抗汽蝕性可以翻倍提高。但是其缺點是必須要整體進行滲氮和滲鋁處理，不適合現場加工，受到了加工裝置和空間的限制，只能在製造廠的車間內進行處理。
2.4 塗刷高分子材料
現在的水力機械部件防護塗層中應用比較廣泛的高分子材料主要有陶瓷、橡膠、環氧樹脂、複合尼龍、聚氨脂等。高分子材料在塗層中的使用比較有利的一面是：其韌性比較好，本身就具備著很好的抗汽蝕性;施工過程比較簡單，對技術的要求比較低;需要的溫度較低，不會引發熱變形，從而避免發生雙金屬腐蝕。不利的一面是：基體與塗層的結合強度比較低，高分子材料塗層比較容易脫落，從而影響其使用效果。高分子材料塗層比較容易脫落，所以在其吊運、拆裝的過程中都要採取相應的措施防止退層的脫落，給現場工作增加了難度。
2.5 噴熔
我國早在1985年左右就開始使用噴熔技術來提高水力機械的抗汽蝕功能了。噴熔所採用的材料主要是司太立合金和Ni基合金等合金粉末，也有少數的材料是金屬陶瓷。
噴熔合金粉末擁有的優勢在於：投資少、裝置比較簡單、效率比較高，適合現場進行修復施工;如果噴熔的質量比較好，那麼基體與噴熔塗層的結合程度就會比較好，塗層表面也比較均勻，光滑平整，硬度也較高。 噴熔合金粉末擁有的劣勢在於：質量和熱變形不穩定。 噴熔的過程分為噴粉和重熔，在進行高溫重熔之後，水力機械會產生比較嚴重的熱變形。
為了避免產生熱變形，一般會採用分塊噴熔的方法，結果導致了塊與塊之間結合的程度較差，在機械的執行過程中這些部位容易形成裂紋併成為汽蝕源，汽蝕極易向基體進行擴充套件，從而造成嚴重損失。金屬陶瓷主要由粘結金屬相和金屬碳化物構成，金屬陶瓷擁有陶瓷與金屬的雙重特點，耐高溫，彈性和硬度都比較大，抗磨損性和抗汽蝕性的效果都比較好。但是，金屬陶瓷塗層也有相應的缺點，其脆性大，韌性也比較差，價格比較貴，表面打磨也比較困難。而且在人工實施氧乙炔噴熔方式製作的金屬陶瓷塗層，其緻密性與連續性比較低，塗層中的產生的孔隙比較容易導致裂紋的出現，而且其質量和熱變形也很難控制。
2.6 堆焊
在我國，比較常用的水力機械抗汽蝕表面防護技術是堆焊法。其主要優勢是現場施工比較方便、技術成熟、裝置較為簡單。缺點：其焊層比較厚、不均勻，且沖淡率較大，加工餘量也比較大;要求水力機械的基體材料必須要有比較高的可焊性;工期比較長，費用較高，打磨與焊接的強度、難度比較大;易使轉輪葉片產生熱變形，對轉輪原有尺寸、外形造成影響;補焊部位的金屬晶體比較容易變粗，並形成雙金屬效應處理區，產生汽蝕。
3 奈米材料塗層的發展前景
通過分析產生磨損及汽蝕的原因，我們可以知道，水力機械的抗汽蝕表面防護技術的要求是：第一，表面塗層應該具備一定的耐腐蝕性;第二，表面塗層應該具備一定的顯微硬度;第三，表面塗層應該具備一定的韌性;第四，表面塗層應該具備一定的強度，只有滿足這幾點要求，水力機械才能夠具備良好的抗汽蝕效果。但是，目前的單一金屬材料很難做到同時滿足這幾項要求。
奈米材料是介於巨集觀與微觀中間的介觀材料，所以有著其獨特的效能。隨著科學技術的發展，人們對奈米材料獨特的效能有了更進一步的認識，有很多國家的研究人員都把研究重點放在了納米材料和奈米材料的實際生產應用上。其中，有些學者的研究結果表明，奈米材料能夠同時提高金屬材料的韌性與硬度，這一特性滿足了抗汽蝕材料的要求。
圖1～3為武漢理工大學能源與動力工程學院有關WC-12Co金屬陶瓷複合材料HVOF噴塗層抗汽蝕效能的最新研究進展，其中C表示微米WC-12Co塗層，N表示奈米結構WC-12Co塗層，165為水輪機鋼ZG006Cr 16 Ni 5 Mo。圖1的結果表明：相對於傳統微米結構WC-12Co材料HVOF塗層，奈米結構WC-12Co材料HVOF塗層孔隙率更低，結構更緻密，塗層中的WC顆粒分佈均勻且較細小。
從圖2中可以看出，奈米結構WC-12Co塗層的HV 0.2硬度值從1 379到1 693，而微米WC-12Co的HV 0.2硬度值從965到1 120，奈米結構WC-12Co塗層的顯微硬度比微米WC-12Co塗層提高50%左右。
圖3的結果表明：奈米結構WC-12Co材料HVOF塗層的汽蝕率僅為微米WC-12Co材料HVOF塗層的1/3，由此可見它的抗汽蝕效能已得到了顯著提高，基本接近了目前抗汽蝕效能最優良的水輪機鋼ZG006Cr 16 Ni 5 Mo。
4 結語
水力機械的抗汽蝕表面防護技術有很多，在這些技術的實際操作應用中都有其優勢也有其劣勢。如何高效利用其優點，減少其缺點帶來的影響，是當前有關人員需要解決的問題。就目前來說，高速火焰噴塗奈米材料塗層的抗汽蝕效果比較優良，應該得到進一步的研究與應用。
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淺談機械製造工藝發展現狀及趨勢
近些年來，隨著現代工業的不斷髮展，對機械製造的功能以及效能要求也逐漸提高，而要滿足其發展需求，則需要對其進行改進和創新，這也是未來機械製造工藝發展的必然趨勢，對此，本文主要對機械製造工藝發展現狀與未來發展趨勢進行分析。
1 機械製造工藝發展現狀分析
機械製造工藝的發展是體現出一個國家機械發展水平的關鍵性因素，尤其是在近些年的發展中，機械製造工藝中所應用的先進技術，如自動化控制技術、鐳射技術等也逐漸在改進和完善。
1.1 自動化控制技術
自動化控制技術是機械製造工藝的重要組成部分，自動化控制技術主要體現在自動化加工的生產線、自動化製造模組、自動化製造工程等幾方面[1]。例如，機械製造過程中實施自動化製造系統，可以有效的減少人力的投入，而且，每個加工過程都能夠精準的並按照設定的要求對機械進行加工，形成自動化加工的流水線。然而，在市場經濟不斷髮展轉變的過程中，現階段所採用的自動化控制技術已無法滿足機械製造工藝生產需求，會對機械製造工藝發展產生制約性，因此，要確保機械製造工藝的可持續發展，應需要對未來的發展趨勢進行分析和定位。
另外，在自動化加工生產線上以及製造工廠中，自動化控制技術也被廣泛的應用到機械製造工藝中，而且，在機械製造工藝實施的過程中，對自動化技術極為重視，需根據市場機制的發展進行改進和創新，而且，從某個角度來講機械製造工藝水平也將決定著一個國家制造業發展的整體水平。現階段我國機械製造工藝的發展不容樂觀，發展程序更是令人擔憂，無論是從機械製造工藝的生產效率還是生產質量上，都要比一些西方發達國家落後很多，尤其是在國際市場競爭日益劇烈下，我國的機械製造業將面臨著更加嚴峻的挑戰，因此，在機械製造工藝發展的過程中，對其工藝的改進和創新極為迫切。
1.2 鐳射技術
鐳射技術主要包括鐳射熱處理技術、快速成型技術等，是當前機械製造工藝發展中被廣泛應用的技術。該技術的運用主要是為了延長機械部件的使用壽命，對一些部件的表面進行熱處理，從而有效的提升部件的耐磨性，是機械製造工藝發展的重要組成部分[2]。然而，在機械製造工藝迅速發展的過程中，不僅僅滿足於鐳射技術，更加強對其他先進技術的引用，從而推動機械製造工藝的迅速發展。另外，在快速成型技術中，也廣泛的應用到鐳射技術，如，將計算機CAD單元與鐳射切割技術的結合，可以在零件製造或樣品製造中得到廣泛的運用，而且，在該種技術之下，可以通過計算機單元的指揮性來對製造過程進行指揮，具有直接、快捷的優勢。而且，在快速成型技術中，在不借助模具、輔助工具的基礎上，能夠一次性的對零件進行加工，尤其是對一些較為複雜的零件，更具有較強的加工優勢，被廣泛的應用到機械製造工藝中。當然，在科技迅速發展之下，對快速成型技術也應進行不斷的改進和創新，要向著自動化、智慧化等方向發展，不斷的提升機械製造工藝生產水平。
2 機械製造工藝的發展特點
機械製造工藝在發展的過程中，主要具備機械製造工藝、管理以及人員的三者有效結合;機械製造具備可持續發展的特點;具有系統工程的特點;具有多科學交叉融合的特點等等，其也充分突出了機械製造工藝發展對一個國家的重要性，其特點具體分析如下。
2.1 機械製造工藝、管理以及人員的三者有效結合
隨著市場經濟的不斷髮展，機械製造工藝也在不斷的變革，從目前的發展情況來看，已經不再是單純的進行管理，而是將機械製造定位在工藝、管理、人員三者，不斷的招聘高新人才，並對製造流程進行不斷的改進和完善，這樣才能讓機械製造行業的生產規模不斷的擴大，才更有利於機械製造工藝的發展，而且，在此過程中，企業也能獲取最佳的經濟效益，從而推動機械製造行業的快速發展。另外，在機械製造行業的發展中，將工藝、管理、人員三者進行有機的結合，能夠提升工程技術以及經營管理水平，更有利於機械製造行業的穩定發展。
2.2 機械製造具有可持續發展的特點
隨著社會經濟的不斷髮展，機械製造工藝也在進行不斷的發展和變革，而且，機械製造工藝會根據資源、環境等方面的發展進行不斷的改進，此外，機械製造工藝的發展應充分體現出環保生產的目的，尤其是在當前社會的發展中，機械製造工藝的應強調清潔、靈活、高效、低耗，同時，在機械製造工藝發展的過程中，應將清潔製造以及綠色生產的理念融入到機械製造中，這也是確保機械製造工藝可持續發展的關鍵因素。
2.3 具有系統工程的特點
從現代製造系統工程學來看，機械製造過程可以說是一個製造系統的過程，所以機械製造過程是個系統工程。因此，應將傳統機械製造技術與現代的計算機技術、自動化技術、感測技術、現代管理技術以及新材料技術進行有機的結合，使機械製造工藝成為控制機械製造生產過程的資訊流、能量流和物質流。
2.4 多科學交叉融合特點
現代機械製造工藝融合了多學科的理論知識及技術。傳統的機械製造工藝單一，不同專業、學科之間界限分明，而現代的製造工藝已經向著多學科交叉融合的方向發展，各專業和學科在不斷滲透，其各專業之間的界限逐漸淡化。
3 機械製造工藝未來發展趨勢 通過以上的分析瞭解到，機械製造工藝在發展的過程中，需要加大技術投入，應向著數字化、自動化、精細化、整合化等方向發展，這樣才能確保機械製造工藝的可持續發展，促進國家機械製造水平的快速提升。
3.1 數字化發展
隨著計算機技術的快速發展，機械製造工藝以及應用的技術也在逐漸向著數字工程、數字體系等發展 [3-4]。所謂數字化主要就是以先進的數字化、自動化技術作為主導，實現工藝流程的數字化資訊化，從而推動機械制工藝的快速發展，而且，從當前的發展形勢來看，機械製造工藝向著數字化方向發展也是必然的趨勢，同時，數字化技術對機械製造工藝的改進以及促進相關技術的發展具有多方面的作用。例如，機械製造過程中，在數字化技術應用之下，可以利用數字化訊號的傳輸方式來對機械製造進行數字化的管理，可以對機械製造工藝全過程進行監測，避免了製造過程中問題的出現，從而有效的提升機械製造工藝的生產效率。另外，機械製造管理人員也可以根據數字訊號來對機械工藝生產進行管理和決策，也就是說，數字訊號也將成為機械製造生產的重要因素。
3.2 自動化發展
在科技不斷的發展的過程中，自動化技術發展也極為迅速，而且，自動化技術的應用範圍也極為廣泛，尤其是在機械製造工藝中的應用，從而實現機械製造工藝的自動化生產[5]。另外，在機械製造工藝迅速發展的過程中，使用者對機械產品的需求也在不斷的提升，這無疑是給機械製造帶來更大的挑戰，而以往的功能單一性的生產設施已無法滿足當前的機械製造工藝生產要求，因此，需要通過自動化技術的應用以及對其技術的創新，不斷的向著功能多樣化的自動化方向發展，為機械製造生產帶來更全面的生產技術。此外，在經濟市場快速發展之下，工業生產對機械的需求也在不斷的提升，不僅僅是對機械的功能提出了一定的要求，同時也在數量上提出了要求，而要滿足工業發展的需求，則需要進行大批量零配件的生產，以往的製造工藝很難滿足大批量的生產需求，而且，在生產過程中，很容易出現生產問題而造成機械產品質量不合格、功能不合格、效能不合格等問題，從而造成大量的資源浪費。因此，在機械製造工藝生產過程中，只有提升自動化水平，加強對自動化技術的改進，才能滿足使用者的需求，對機械產品進行大批量的生產，對提高生產線的效率也有著極大的作用，而且，在未來的發展中，機械製造工藝生產中的自動化技術也會不斷的進行改進和創新，進而提升機械製造工藝自動化水平。
3.3 精細化發展
隨著近些年來機械製造工藝的不斷髮展，工藝加工方式以及加工材料也有所進步，而在這個過程中，對機械製造工藝加工的精細化要求也在不斷的提升，因此，在未來的發展中，機械製造工藝生產必然會向著精細化的方向發展[6]。例如，在20世紀初期，機械製造生產的誤差已降至10 ，在逐漸的發展中生產誤差下降至1 ，而在20世紀90年代期間，機械工藝生產的誤差已降至0.01 ，尤其是當前機械製造工藝生產的過程中，其誤差已經降至為1nm，這也說明機械製造工藝生產不斷的在向著精細化的方向發展，而且，在今後的發展中，機械製造工藝也將會以奈米作為單位，對推動機械製造工藝發展有著極大的作用。
3.4 整合化發展
在科學技術快速的過程中，對機械製造工藝也應進行不斷的改進和創新，尤其是現代工業對機械的功能、效能等綜合要求在不斷提升，也將推動機械製造工藝的創新，打破傳統陳舊的製造觀念，不斷的促進機械製造工藝的發展。整合化主要是將機械製造工藝的各項功能進行整合化管理，這也是未來機械製造工藝必然的發展趨勢，以往機械製造工藝過於分散，在生產製造的過程中，不便於過程的管理，甚至會因管理不善而對機械製造的質量造成直接的影響，而在整合化、連續化的發展下，則能有效的規避傳統分散型工藝生產製造中的弊端，不僅對提升機械製造工藝生產效率有著極大的作用，更有利於機械製造工藝的可持續發展。此外，整合化發展，從另一個角度來分析，是對機械製造工藝整體流程的整合化生產，從各個零部件的設計加工到成品的製作，都本著機械製造的整體性原則進行的，是一個自動化的生產流程，實現設計、製造加工、產品檢驗、裝備等整個過程的自動化執行，從而有效的提升機械製造的生產效率，更有利於機械製造行業的可持續發展。
4 結語
綜上所述，在科學技術迅速發展的過程中，機械製造工藝的發展也極為迅速，而且，機械製造工藝也不僅僅滿足於當前的發展現狀，應不斷的對其技術進行改進和創新，如，向著數字化、自動化、精細化等方向的發展，通過不斷的改進和創新，促進機械製造工藝水平的大幅度提高，促進機械製造行業的長遠發展。
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