材料的冲蚀问题

本文分析讨论了近年来材料冲蚀研究进展，总结出只有当入射角度非常低或入射粒子粒径相当小时，脆性材料的冲蚀率才有可能比韧性材料的冲蚀率低；决定韧性材料抗冲蚀性能的关键因数并不是材料的硬度而是材料的弹性模量；热喷涂涂层的冲蚀显示出脆性材料的冲蚀特性     

材料抗冲蚀性的研究进展

综述了材料内在因素和环境因素变化对冲蚀的影响,韧性材料的耐冲蚀性能优于脆性材料,脆性材料仅在10^0冲蚀角以下才表现出较好的耐冲蚀性;冲蚀下的脆性材料和塑性材料的区分不仅与材料的韧脆性有关,还与冲击粒子的动能有关。当粒子质量发生变化时,材料的冲蚀机理随之变化;影响材料耐冲蚀磨损的重要内在因素是弹性模量而不是硬度;各种冲蚀机理都有一定的适应性和局限性。     

纳米SiO_2/沥青改性环氧树脂的抗冲蚀磨损性能

为了降低强风沙流区混凝土的冲蚀磨损,常采用环氧树脂材料对其进行防护,但环氧树脂材料存在交联度高、脆性较大等缺点。为此,采用纳米Si O2和沥青对环氧树脂进行了改性,研究了改性环氧树脂的力学性能和冲蚀磨损性能,并分析了其冲蚀磨损机理。结果表明:纳米Si O2和沥青共同改性环氧树脂不仅提高了环氧树脂的拉伸强度,同时改善了环氧树脂的冲击韧性;改性环氧树脂材料表现出半塑性材料的冲蚀特征,最大冲蚀率出现在45°冲蚀角,冲蚀率与冲蚀速率呈指数关系,速率指数为2.65~3.25;1%纳米Si O2和10%沥青协同改性的环氧树脂表现出了良好的冲蚀抗力,是强风沙流环境下混凝土结构冲蚀磨损防护的可选材料。     

聚氨酯改性环氧树脂的抗冲蚀磨损性能

强风沙环境下的混凝土结构常年受到风沙流的冲蚀磨损,加之其他自然因素的影响,严重降低了混凝土结构的耐久性,因此常采用环氧树脂基材料对其进行防护。为了克服环氧树脂固化后交联密度高、脆性大的缺点,采用聚氨酯对环氧树脂进行了改性,研究了改性后的环氧树脂材料的力学性能和冲蚀磨损性能,并分析了其冲蚀磨损机理。结果表明:聚氨酯改性不仅提高了环氧树脂的拉伸强度,同时也改善了环氧树脂的冲击韧性;改性环氧树脂材料的冲蚀行为表现出半塑性材料的冲蚀特征,最大冲蚀率出现在45°冲蚀角,冲蚀率与冲蚀速率呈指数关系,速率指数为1.4～2.7; 15%聚氨酯改性的环氧树脂表现出了良好的冲蚀抵抗力,是强风沙流环境下混凝土结构冲蚀磨损防护的可选材料。     

聚丙烯纤维增强水泥复合材料抗冲蚀性能及冲蚀机制

针对内蒙古中西部地区风沙环境特征,利用模拟风沙环境侵蚀试验系统,研究了不同聚丙烯(PP)纤维掺量的PP纤维/水泥复合材料在风沙环境中的抗冲蚀性能,并利用SEM观测冲蚀后微观形貌,探究其冲蚀机制。结果表明:不同PP纤维掺量的PP纤维/水泥复合材料冲蚀率大小为:普通水泥砂浆>PP纤维质量比为1.5%的PP纤维/水泥复合材料>PP纤维质量比为0.5%的PP纤维/水泥复合材料(PP与胶凝材料的质量比),且在一定的冲蚀时间范围内,冲蚀损伤演化特征发生显著变化;不同PP纤维掺量的PP纤维/水泥复合材料冲蚀率随冲蚀角度的增加而增大,且在冲蚀角度为90°时出现不同的峰值,符合脆性材料特征;分析材料表面受粒子冲蚀过程的表面接触应力,结合冲蚀后微观形貌,表明适量PP纤维的掺入有助于提高PP纤维/水泥复合材料的密实程度,增加韧性,过量PP纤维的掺入会造成分散不均匀,降低砂浆密实度和抗冲蚀能力;通过合理匹配PP纤维掺量可制备出具有优异抗冲蚀性能的PP纤维/水泥复合材料。      

反应等离子喷涂TiC/ Fe-Ni复合涂层及其耐冲蚀性能

以TiFe粉、Ni粉和蔗糖(碳的前驱体)为原料,通过蔗糖的热分解碳化制备Ti-Fe-Ni-C系反应热喷涂复合粉末,并利用等离子喷涂制备了TiC/Fe-Ni复合涂层。复合涂层主要由TiC颗粒均匀分布于(Fe、Ni)固溶体中形成的复合强化片层构成,片层中TiC颗粒呈球形或近球形,粒度为亚微米级和纳米级。TiC/Fe-Ni复合涂层的耐冲蚀磨损性能研究表明：涂层冲蚀失重率随攻角的增大而增加,表现出脆性材料冲蚀特性,但冲蚀失重率对攻角不敏感,涂层具有较好的塑性与硬度的配合;复合涂层的耐冲蚀磨损性能优于相同工艺条件下制备的C_r2C₃/Ni-Cr复合涂层,约为20G钢的2倍以上。     

挟沙风作用下风力机叶片涂层冲蚀特性研究

内蒙古中西部地区高频出现沙尘暴活动,风力机叶片涂层长期被挟沙风冲蚀磨损,导致风力机叶片涂层出现冲蚀坑和裂纹,缩短风力机叶片寿命。针对这一问题,利用自制的挟沙风试验台,采用气流挟沙喷射法对以环氧玻璃纤维板为基底的风力机叶片涂层进行低角度加速冲蚀磨损试验,用失重测量法测定冲蚀磨损量与冲蚀速度的关系,用扫描电镜(SEM)观测分析涂层表面的冲蚀形貌来确定冲蚀机理,并提出涂层冲蚀磨损程度的评价计算公式。结果表明:涂层的冲蚀磨损量随着冲蚀速度的增大而增加;低角度冲蚀以微切削冲蚀磨损作用为主,材料的硬度起着决定性作用,高角度冲蚀主要以挤压变形冲蚀磨损为主,材料的韧性起决定性因素,由于聚氨酯涂层材料是塑性材料,其韧性高而硬度低,故在低冲蚀角下冲蚀磨损量大;验证了评价计算公式用于评价涂层冲蚀磨损程度的可靠性,为运行在风沙环境下的风力机叶片涂层的改进提供理论依据。     

粘结相含量对超音速火焰喷涂Cr_3C_2-NiCr涂层冲蚀磨损的影响

采用不同粘结相含量的粉末,运用超音速火焰喷涂方法制备了Cr3C2-NiCr涂层。运用干砂冲蚀磨损试验机检测不同冲蚀角度下涂层的冲蚀磨损性能,研究粉末粘结剂含量对沉积涂层冲蚀磨损性能的影响。运用扫描电镜技术观察并分析Cr3C2-NiCr涂层冲蚀磨损失效行为。结果表明:粘结相含量不同的HVOF喷涂涂层均表现出脆性材料的冲蚀磨损特性,随冲蚀次数的增加失重量呈近似线性增加;粘结相在涂层中的分布形式影响涂层的抗冲蚀性能,但不改变冲蚀失效的主要机制。     

新型SiC复合陶瓷的耐冲蚀性能

研究了新型SiC复合陶瓷的冲蚀行为,并与45碳钢、铸钢和Al_2O_3陶瓷进行了比较．结果表明：45碳钢、铸钢和冲蚀率大都在0．13～0．26 mg/g范围内随着攻角变化,最大值分别出现在15°、30°、90°攻角,具有典型韧、脆性材料的特点;新型SiC复合陶瓷的抗冲蚀性能优越,特别是其冲蚀率几乎不随攻角变化(冲蚀率大约为0．025 mg/g,速度影响因子为1．3～1．8)．新型SiC复合陶瓷中软硬相的有效配合、凹凸不平的损伤表面、多粒度的多晶型SiC紧密结合和细小SiC颗粒的弥散强化对其优异抗冲蚀性能均起着重要的作用．     

固体粒子冲蚀磨损研究进展

固体粒子冲蚀磨损是引起材料破坏或设备失效的一个重要原因，本文简要介绍塑性材料和脆性材料的主要冲蚀理论，综述环境因素、粒子性能和材料性质的影响。     

显微组织对冲蚀磨损的影响

研究了经不同热处理，特别是经渗硼＋激光共晶化处理的４５钢的４５钢的冲蚀磨损行为。结果表明，退火、正火和淬火回火系列的４５钢显示延性材料的冲蚀磨损特征，即最大部刨率发生在低攻角处，其中淬火＋高温回火试样在高角、低角冲蚀时都具有最低的磨损，渗硼和渗硼后激光共晶化的４５钢显示脆性材料的冲蚀磨损特征，即最大冲刨率发生在高攻角处，渗硼共晶层的冲蚀抗力明显优于渗硼层，且两者冲蚀抗力的差异在低攻角时更为显著。     

Al2O3颗粒增强共晶成分铝锰基复合材料冲蚀磨损性能研究

通过对Al2O3颗粒增强Al-2.06%Mn复合材料和Al-2.15%Mn合金在不同磨粒粒径、不同冲蚀速度的冲蚀磨损试验,探索了材料的冲蚀失效规律及其微观破坏机制。结果表明,两种材料在7m/s冲蚀速度下的冲蚀磨损失重率是在3.5m/s冲刷速度下的2～3倍;两种材料的冲蚀磨损失重率随着磨粒粒径的增大先增大后减小,磨粒粒径分布在0.053～0.106mm时两种材料的失重率出现极大值,Al2O3颗粒增强Al-2.06%Mn复合材料的抗冲蚀磨损性能优于Al-2.15%Mn合金。     

玻璃材料在气固两相流作用下的冲蚀损伤机理研究

为探究玻璃材料的抗冲蚀磨损性能,采用气流挟沙喷射法对钢化玻璃、浮法玻璃及有机玻璃进行冲蚀磨损试验,分析不同冲蚀参数(冲蚀速度、冲蚀角度和冲蚀时间)下3种玻璃的冲蚀规律及损伤机理。结果表明:钢化玻璃与浮法玻璃的冲蚀率随冲蚀速度与冲蚀角度的增加而增大,有机玻璃的冲蚀率则随冲蚀速度的增加而增加,随冲蚀角度的增加先增加后减小,最大冲蚀率出现在45°;钢化玻璃与浮法玻璃的冲蚀率随冲蚀时间的增加依次出现上升阶段、下降阶段和稳态阶段,而有机玻璃的冲蚀率随冲蚀时间的增加缓慢增加并很快趋于稳定;相同条件下浮法玻璃冲蚀率大于其他2种玻璃;低角度时钢化玻璃与浮法玻璃的质量损失主要由切削作用引起,高角度时由裂纹叠加引起,发生脆性断裂;有机玻璃的损伤在整个过程主要由切削作用引起。     

UHMWPE/纳米SiO2弹性复合材料的粒子流冲蚀特性研究

采用热压工艺制备了UHMWPE/纳米SiO2弹性复合材料,实验考察了弹性复合材料的冲蚀特性,分析了UHMWPE/SiO2纳米复合材料的冲蚀磨损机理。结果表明：纳米SiO2含量为10%左右时,弹性复合材料的抗冲蚀性能最好,射流冲击角在30°左右时,冲蚀率达到峰值;冲蚀率与射流速度呈指数变化关系, 纳米SiO2含量为10%时,复合材料的冲蚀速度指数n为2.03;水流含沙浓度达到1.92kg/m3以后,材料冲蚀率随含沙浓度的增长趋势开始变得平缓;冲蚀率随沙粒粒径的增大而增大;纳米SiO2含量为10%左右时,弹性复合材料的冲蚀率较纯UHMEPE降低了30%,只有45#钢的1/16。UHMWPE/纳米SiO2弹性合材料的冲蚀机理主要是犁削和唇片的断裂。     

美科学家制造出让金属玻璃具强度和韧性的新材料

<正>据海外媒体报道,美国研究人员开发出一种新方法,只需简单地减小尺寸,即可使一些脆性材料的韧性变得更为强劲。该项研究最终或将导致研发出超强度轻型耐损伤新材料。这些新材料将可用于轻型航天器的结构应用,以延长其在极端条件下     

面向等离子体钨基材料的增韧研究最新进展

钨及钨基材料由于其高熔点、高热导率、低蒸气压、低溅射产额及低辐照放射性等优异性能,成为具有广阔应用前景的面向等离子体材料。然而,钨基材料的本征脆性成为其作为聚变材料的主要限制因素,也成为国际聚变材料界的研究热点。本文综述了通过合金化、弥散强化以及复合材料等3种途径来增加钨基材料韧性的最新研究进展。目前合金元素中只有铼的添加能够显著改善钨的韧性;单一弥散强化方式难以有效提高钨的韧性,适当的热机械加工能够明显降低钨基材料的韧脆转变温度;通过钨箔钎焊制备出的钨层压结构复合材料的韧脆转变温度降低到了150℃。     

双连续Si3N4/1Cr18Ni9Ti复合材料的制备和冲蚀性能

用凝胶注模和压力铸造两步法制备具有双连续结构的Si₃N₄/1Cr18Ni9Ti复合材料并分析其物相组成、宏观和微观结构,研究了材料的冲蚀率与攻角、流速、含沙量以及时间的关系。结果表明,与1Cr18Ni9Ti材料相比,Si₃N₄/1Cr18Ni9Ti复合材料具有双连续结构,界面结合良好;其冲蚀率随着攻角变化的幅度小,冲蚀率与流速之间的关系由1Cr18Ni9Ti材料的线性关系转变为指数关系(E∝V^0.67),且随着时间的延长冲蚀率降低;冲蚀率与含沙量之间的关系仍呈线性。具有双连续结构的Si₃N₄/1Cr18Ni9Ti复合材料,具有更加优异的耐冲蚀性能。     

风力发电机主轴用34CrNiMo6钢的韧脆转变温度分析

为获得风力发电机主轴用34CrNiMo6合金结构钢的韧脆转变温度,沿其径向不同位置处制取V型冲击试样,并在-110~25℃进行了夏比冲击试验,利用Boltzman函数对剪切断面率与温度进行拟合,得到韧脆转变温度曲线并获得脆性断面占50%所对应的试验温度(即FATT50)。利用扫描电镜分别观察试样脆性及韧性断口形貌,简要分析了该材料在脆性及韧性条件下的断裂行为。试验结果表明:该主轴用34CrNiMo6钢的韧脆转变温度在-50~-70℃,且主轴表面的韧脆转变温度比芯部的稍低。较高试验温度下试样塑性断口表现出典型的韧窝状形貌,随着试验温度的降低,逐渐向解理形貌过渡。     

用声发射研究氮化层的脆性

声发射技术对于检测氮化层的脆性具有明显的优越性。它可以在零件或试样受力状态下确定氮化层断裂的开裂点,如果与力学性能试验配合,可以计算出氮化层开裂以前试样吸收的能量和氮化层的断裂强度,从而可以衡量不同材料或不同氮化工艺的氮化层的脆性,有利于优选材料和热处理工艺。本工作的目的是利用声发射技术确定氮化层的开裂点、断裂强度和弯曲韧性,评价氮化层的脆性,比较三种材料氮化层的脆性和选择最佳的氮化工艺。     

刚玉空心球混凝土动态特性实验研究

采用100 mm分离式Hopkinson压杆试验装置研究了刚玉空心球混凝土(HCBC)和素混凝土(PC)在不同应变率下的冲击压缩性能,动态抗压强度和临界应变与应变率之间的关系;以材料本构能的耗散定义损伤变量,分析了HCBC和PC的动态损伤演化规律。结果表明,应力-应变曲线表现出明显的三个阶段:弹性区,平台区和致密区,HCBC的三阶段效应比PC更加明显,表明HCBC脆性小,韧性大;这两种混凝土的动态抗压强度和临界应变与应变率成线性关系,并给出了经验公式,表明HCBC是一种率相关的增强增韧材料;HCBC和PC的损伤发展可以归纳为三个阶段:损伤未发展,损伤稳定发展和损伤不稳地发展;损伤应力槛值和损伤槛值与应变率变化关系不大,损伤应力最大阀值和损伤最大阀值随应变率增大而增大,而且HCBC的损伤应力槛值低于PC的,表明HCBC的韧性较好。这为HCBC作为军事防护工程分配层的填充材料提供了理论指导。