均匀地分布在试验范围内 , 并采用逆变换方法实
现[2 ,3 ] 。算法可简要表述为 :
(1) 设给定配方数 n 和原料种数 s ,根据对应的
均匀设计表查出生成向量 ( h1 ,. . . , hs - 1 ) ,并由这个
向量产生均匀设计表
U
3 n
( ns -
1)或
U n ( ns -
1)
, 用{
qki }
(5) 采用新型复合管材 目前已经成功地研制 开发了多种防腐蚀管道 ,并广泛应用在各类管道工 程中 。如 : 玻璃钢缠绕管 、FRP/ PVC 复合管 、钢骨 架塑料 ( P E) 复合管[5 ,6 ] 、陶瓷内衬复合管[7] 。复合 管材是否会和喷气燃料发生相互影响 ,以至于污染
A PPL ICA TION O F U N IFO RM D ESIGN TO M IXIN G EXP ER IM EN TS O F INO R GAN IC H I GH2T EM P ERA TU R E CERA M IC COA TIN GS
MA Liu2bao , HUANG Zhi2rong
( Research Instit ute of Process Equip ment and Pressure Vessels , East China U niversity of Science and Technology , Shanghai 200237 , China)
Abstract : Formulas of an ino rganic high2temperat ure ceramic coating was st udied quantificationally wit h a met hod of uniform design. Film2fo rming , suspension performance and bond st rengt h of t he coating were investigated
(4)
经过最小二乘法估计 ,多元线性回归得出回归
方程为
Y = 0. 465 + 7. 031 X1 + 0. 409 X2 + 5. 389 X3 +
11. 429 X4 - 6. 340 X5
(5)
其残差平方和 、估计标准差及多重相关系数分
别为 7. 906 ,1. 988 ,0. 901 。
由回归公式可以看出铝溶胶的含量对于涂料的
整体性能有较大的影响 ,其次是无水乙醇的含量和
硅溶胶的含量 ,磷酸二氢铝溶液对于涂料的整体性
能有负面的影响 。因此作进一步试验验证 ,在配方
8 的基础上将硅溶胶 、铝溶胶和无水乙醇的含量各
增加 1 % ,同时将磷酸二氢铝溶液的含量降低 3 % ,
得出新的配方见表 2 。
第 4 组 18. 7 % 1. 7 % 7. 8 % 31. 4 % 40. 4 % 3
第 5 组 13. 4 % 52. 2 % 19. 5 % 8. 4 % 6. 5 %
2
第 6 组 8. 9 % 29. 3 % 10. 6 % 35. 2 % 16. 0 % 7
第 7 组 5. 0 % 16. 6 % 58. 8 % 15. 9 % 3. 7 %
5. 6
若采用无缝钢管 ,约需投资 80 万元 。后者投资虽然 较低 ,但是每隔 10 年左右要进行一次大修 ,在进行 大修时 ,要进行破坪 、补坪 ,其施工质量还会因施工 队的素质而不同 ,大修时间一般需数天 。采用不锈 钢管 ,虽然投资较高 ,但在其全寿命内 ,无须进行大 修 ,更不会因大修而影响飞机加油 ,这一点对军用机 场有着重要的战备意义 。对于民用机场 ,采用无缝 钢管进行大修时 ,为保证给飞机加油 ,就必须添置加 油车等附属设备 ,当机场规模大 、起降飞机多时 ,其 购置的附属加油设备的费用就将有可能超过采用不 锈钢管的投资费用 。设采用无缝钢管的投资费用现 值为 PVCa ,购买加油车等附属设备的费用现值为 A ,采用不锈钢管的投资费用为 PVCb 。则当 PVCa + A > PVCb 时 ,则可考虑采用不锈钢 (费用现值的 技术经济比较方法可参见文献[ 3 ]和[ 4 ]) 。
8 组试验方案中 ,各组分在试验范围内分布均 匀 ,且配方均匀设计法对每个因素是一视同仁的 ,但 是在许多试验设计中 ,要求有些组分含量较大 ,有些 较小 。所以在实际中 ,可在试验方案的基础上 ,根据 实际条件进行取舍 ,以减少试验方案 。
试验用金属基体材料为 304 不锈钢 ,试样尺寸 为 120mm ×50mm ×1. 5mm ,根据涂层材料的试验 方案 ,首先将耐热不锈钢表面经喷砂处理后除去表 面沉积的杂物及锈蚀物 ,然后用无水乙醇清洗 ,吹干 后待用 。
将各种原料按照表 1 所示试验方案设计的涂料 配方依次加入搅拌器搅拌均匀后 ,盛于带刻度玻璃 容器中静置观察其悬浮性能 ,然后在一定的喷涂工 艺条件下将涂料涂覆在金属试片上 ,室温下干燥 3h 表干后 ,放入马弗炉内加热至 800～1000 ℃反应烧 结 ,保温 2h 后随炉冷至室温 。
根据涂层在试样表面成膜状况和冷却后涂层的 脱落情况 ,打分评价并判断无机耐高温陶瓷涂料在 金属基体表面应用的成膜性能优劣和结合强度 。根 据涂层的抗剥落性能和涂层的表面质量状况等综合 情况进行比较打分 ,性能越优分值越高 。试验方案 及结果见表 1 。
通常涂料配方涉及到的原料种类及影响因素很 多 ,如果进行多因素全面试验 ,需要的试验工作量相 当惊人 。为了弄清配方中每种因素对涂料整体性能 的作用和影响 ,有必要采用科学的试验设计方法 ,用 尽量少的试验次数来有效地得到尽量多的有用信 息 ,进而确定涂料的最佳配方及工艺条件[1] 。为此
收稿日期 :2004206208 ;修订日期 :2004207226
·108 ·
本文采用配方均匀设计方法 ,通过对无机耐高温陶 瓷涂料的成膜性能和悬浮性能等进行定量研究 ,得 到了涂料配方中各组分的优化组合 ,同时为定量开 发新的涂料配方提供了一种有效方法 。
2 配方均匀设计的理论基础
配方均匀设计方法由王元和方开泰于 1990 年
提出 ,其思想是将 n 个试验点 (即 n 种不同的配方)
表 1 机坪下输油管道内壁防腐大修估算费用
序 设备及安装 单 号 工程名称 位
数量
单价 总价 元 万元
说明
无缝钢管 , 1 <219mm ×6mm
m2 1265 ×0. 65 = 822
50
管道机 4. 1 器人在线
内喷涂
2 “T”口 3 合计
个
3
含有土 5000 1. 5 方 、割 、焊
接等费用
二乘法求出 a0 , a1 , a2 , a3 , a4 , a5 的估计值 ,使得下列
表达式中的 Q 达到最小 。
∑ Q =
8
( Y i - ( a0 + a1 X i1 + a2 X i2 + a3 X i3 +
i=1
a4 X i4 + a5 X i5 ) ) 2 , i = 1 , . . . , 8
表 1 试验方案及结果评价
涂料 配方
无水 乙醇
改性 碳化硅
改性 硅溶胶
铝溶胶
磷酸二氢 铝溶液
综合 得分
第 1 组 50. 0 % 21. 4 %பைடு நூலகம்9. 7 % 1. 2 % 17. 7 % 4
第 2 组 34. 2 % 15. 8 % 1. 6 % 9. 1 % 39. 3 % 1
第 3 组 25. 2 % 8. 8 % 29. 1 % 11. 5 % 25. 4 % 5
1 引 言
一般金属在高温氧化性气氛下都会产生表面氧 化 ,氧化不仅造成金属损耗 ,还会产生金属中合金元 素的贫化 ,影响金属的质量和力学性能 。针对金属 的高温氧化腐蚀问题 ,采用无机耐高温抗氧化涂层 是降低金属氧化损耗的一种行之有效的方法 ,尤其 是以料浆涂覆法制备的无机耐高温抗氧化涂层 ,它 以制作方便 、成本低廉正在得到广泛应用 。但是由 于无机耐高温涂料中一般不含有成膜性能良好的高 分子物质 ,其成膜性能和悬浮性能均较差 ,表现为保 质期较短 ,容易产生沉淀等 ,因此有必要研究开发新 的无机耐高温涂料 。
,n
j =1
由{ X ki } 就给出了对应 n 和 s 的配方均匀设计 ,
并用记号 U M n ( ns ) 表示 。
3 涂料配方的试验设计
常用无机高温陶瓷涂料主要由陶瓷基料 、高温 粘结剂和改性剂组成 。本试验中选用自制的表面改 性碳化硅作为陶瓷基料 ,自制改性硅溶胶 、铝溶胶和 磷酸二氢铝溶液作为高温粘结剂 ,无水乙醇作为调 节剂 。原料种数 s = 5 ,选用试验配方数 n = 8 ,故选 择 U M 8 (85 ) 表安排试验 。根据上述配方均匀设计 方法得出 U M 8 (85 ) 表 。
进行分析和预测 。
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石永春等 :机场输油管道内壁腐蚀防护方法选用探讨
表 2 验证配方
无水乙醇 改性碳化硅 改性硅溶胶 铝溶胶
2.6 %
6.6 %
24. 0 % 65. 6 %
磷酸二氢铝 溶液 1. 2 %
试验结果表明 ,按照新的配方生产出的涂料 ,其 悬浮性能 、成膜性能 、结合强度等指标均优于上述试
验方案中的 8 种配方 。说明配方均匀设计的确可以
从数学统计理论出发 ,根据回归模型对涂料的配方
6
第 8 组 1. 6 % 6. 6 % 23. 0 % 64. 6 % 4. 2 %