Analysis of the effect of ion implantation on corrosion resistance and contamination of heat transfer surfaces

详细

Background: The paper addresses the problem of improving the energy efficiency and durability of heat exchange equipment. Particular attention is paid to improving the characteristics of heat exchange surfaces of heat exchangers, which play an essential role in many industries. The range of issues of pollution and corrosion of heat exchange surfaces and the causes that led to them are discussed.

Objective: Analysis of the effect of ion implantation on the contamination and corrosion resistance of heat exchange surfaces of the heat exchange equipment.

Methods: Within the framework of this study, comparative analysis methods to record changes in the composition of the surface layer of the samples under study were used. Microhardness studies were carried out in the direction from the surface to the depth of the test sample using the Neophot-2 device on transverse metallographic sections, which were cut perpendicular to the implantation.

Results: During the study, the data on changes in microhardness of aluminum samples after nitrogen implantation were obtained, as well as the data on changes in the structural composition of surface layers and increased resistance to corrosion, contamination, and prolonged exposure to surfactants.

Conclusions: As a result of the study, it can be said that a decrease in energy efficiency due to contamination of heat exchange surfaces is more pronounced in heat exchangers in which a high value of the heat transfer coefficient was initially designed. Ion implantation not only increases the microhardness and wear resistance of materials, but also prevents the appearance of an oxide film, which in turn reduces the contamination of the heat exchange surface, and also makes the heat exchange surface less susceptible to prolonged exposure to surfactants.

作者简介

Ilya Savelev

Moscow Polytechnic University

编辑信件的主要联系方式.
Email: totoroboy@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0865-3826
SPIN 代码: 7043-6439

Postgraduate of the of the Industrial Heat Power Engineering Department

俄罗斯联邦, 38 Bolshaya Semenovskaya st, Moscow, 107023

Leonid Marushin

Moscow Polytechnic University

Email: katzbalger@ya.ru
ORCID iD: 0009-0000-5240-0186
SPIN 代码: 3812-2917

Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor of the Industrial Heat Power Engineering Department

俄罗斯联邦, 38 Bolshaya Semenovskaya st, Moscow, 107023

Evgeniy Chugaev

Moscow Polytechnic University

Email: kafedrapte@gmail.com
ORCID iD: 0009-0008-5799-2166
SPIN 代码: 9726-3492

Postgraduate of the Industrial Heat Power Engineering Department

俄罗斯联邦, 38 Bolshaya Semenovskaya st, Moscow, 107023

Ilya Semochkin

Moscow Polytechnic University

Email: ipc77@mail.ru
ORCID iD: 0009-0001-6057-6138

Postgraduate of the Industrial Heat Power Engineering Department

俄罗斯联邦, 38 Bolshaya Semenovskaya st, Moscow, 107023

参考

  1. Velichko VI, Pronin VA. Intensification of heat transfer and increase of energy efficiency of convective heat transfer surfaces. Moscow: MEI; 1999. (In Russ.)
  2. Guhman AA. Intensification of convective heat transfer and the problem of comparative evaluation of heat exchangers. Heat power engineering. 1977;4:5–8. (In Russ.)
  3. Bergles AE, Fuller WD, Hynek SJ. Dispersed flow film boiling of nitrogen with swirl flow. Int. J. Heat Mass Transfer. 1971;14(4):1343–1354. doi: 10.1007/978-1-4757-0244-6_53
  4. Subbotin VI, Kaznovskiy SP, Salenkevich AP. Experimental study of ways to increase the critical power of steam generating pipes. Izv. AN SSSR. Energy and transport. 1974;2:162–170. (In Russ.)
  5. Anishchika VM, Poliaka NI, Ponaryadova VV, et al. Effect of High Energy Ion Implantation on the Structure and Mechanical Properties of Aluminium Alloys. Acta Physica Polonica Series a. 2017;132(2):291–294. doi: 10.12693/APhysPolA.132.291
  6. Chauhan K, Sharma Gh, Chauhan S. Chapter 29: Removal/Dissolution of Mineral Scale Deposits. In: Mineral Scales and Deposits. 2015:701–720. doi: 10.1016/B978-0-444-63228-9.00029-2
  7. Miheev MA, Miheeva IM. Basics of heat transfer. Мoscow: Energy; 1973. (In Russ.)
  8. Baron VG. Legends and myths of modern heat engineering or plate and shell-and-tube heat exchangers. Heat supply news. 2004;8:38–42. (In Russ.)
  9. Draecer GA. About some problems of creating highly efficient tubular heat exchangers. Heat supply news. 2004;5:37–43. (In Russ.)
  10. Tarasuk VM. Boiler operation. Kuev: Base; 2000. (In Russ.)
  11. Andreev AG. About the prevention of additional heat losses caused by the formation of scale. Energy saving and water treatment. 2003;1:92–94. (In Russ.) doi: 10.1069/ESW.2003.1.92–94
  12. Slepchenok VS, Bistrov VD, Zak ML, Pakey EL. Low-power heating boilers. Heat supply news. 2004;9:24–33. (In Russ.)
  13. Valiev RZ, Aleksandrov IV. Nanostructured materials obtained by intensive plastic deformation. Moscow: Logos; 2000. (In Russ.)
  14. Wang CH, Dhir VK. Effect of surface wettability on active nucleation site density during pool boiling of water on a vertical surface. J. Heat Transfer. 1993;115(3):659–669. doi: 10.1115/1.2910737
  15. Usanova OYu, Ryazantseva AV, Savelev IL, Timohin VS. Effect of ion implantation on the properties of implantable aluminum alloys. J. Phys. Conf. Ser. 2020;1515. doi: 10.1088/1742-6596/1515/2/022074

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2. Fig. 1. Contamination of a shell-and-tube heat exchange device.

下载 (191KB)
3. Fig. 2. Contamination of plate heat exchange devices.

下载 (161KB)
4. Fig. 3. Dependence of kзагр /k0 on deposit layer thickness δ.

下载 (193KB)
5. Fig. 4. Dependence of microhardness on the distance to the aluminum alloy surface after ion implantation with nitrogen.

下载 (70KB)
6. Fig. 5. Distribution of elements in a surface layer of aluminum alloys.

下载 (393KB)
7. Fig. 6. Definition of wetting angle at (a) the implanted surface and (b) at the basic surface.

下载 (173KB)
8. Fig. 6. Definition of wetting angle at (a) the implanted surface and (b) at the basic surface.

下载 (117KB)
9. Fig. 8. Results of boiling of contaminated liquids: a — the non-implanted cell; b — the implanted cell.

下载 (124KB)

版权所有 © Eco-Vector, 2024

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0国际许可协议的许可。

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».