不同实验参数下α-Al2O3陶瓷冲蚀磨损性能研究

以冲蚀磨损工况典型应用材料Cr15M03高铬铸铁为对比材料，研究了不同磨粒硬度、不同磨粒粒径、不同冲蚀角度（0°、30°、45°、60°和90°）对α-Al2O3结构陶瓷抗冲蚀磨损性能的影响，分析了试验材料冲蚀磨损微观失效机制。结果表明：Cr15M03高铬铸铁冲蚀磨损体积均大于α-Al2O3陶瓷材料：随着Cr15Mo3高铬铸铁冲蚀磨损体积增加幅度最大：处于45°和60°，90°冲蚀角度时试验材料的冲蚀磨损体积损失最大：α-Al2O3陶瓷受冲蚀时切削磨损小，随着冲蚀角度增加，材料的耗能方式主要径向裂纹和横向裂纹的断裂表面能。     

不同磨粒对ZTA结构陶瓷冲蚀磨损性能的影响

针对液/固双相流冲蚀磨损工况,选用不同硬度的SiO2、Al2O3、SiC冲蚀磨粒,对ZTA(ZrO2增韧Al2O3)结构陶瓷和Cr15Mo3高铬铸铁进行了冲蚀磨损性能对比试验,并对试验材料磨损机理和微观失效表面形貌进行了分析和讨论.结果表明:对于同一种硬度的冲蚀磨粒,冲蚀磨损过程中Cr15Mo3高铬铸铁材料的冲蚀磨损多,ZTA陶瓷的冲蚀磨损少;冲蚀磨损过程中浆料固体颗粒硬度越高,试验材料的磨损越多,同时ZTA陶瓷抗冲蚀磨损性能越明显,对应于不同硬度的SiO2、Al2O3、SiC冲蚀磨粒,ZTA陶瓷抗冲蚀磨损性能分别为Cr15Mo3高铬铸铁的5.8、7.0和8.2倍;冲蚀磨损过程中Cr15Mo3材料失效有明显的方向性和腐蚀痕迹,材料的磨损以微切削、梨沟、冲蚀坑为主,"W"型失效形貌明显,材料组织中高硬度的碳化物有保护基体的作用,随着磨粒硬度的增加,材料表面切削、梨沟、冲蚀坑失效程度增加,ZTA陶瓷材料在冲蚀磨损后无明显的冲蚀方向性,材料磨损是晶界粘结相磨失、晶粒裸露为主,细小颗粒ZrO2的存在及增韧作用使陶瓷相中气孔数量少,并减少因疲劳裂纹扩展引起的材料破坏.     

不同冲蚀角度对ZTA结构陶瓷冲蚀磨损性能的影响

以冲蚀磨损工况典型应用材料Cr15Mo3高铬铸铁为对比材料,研究了不同冲蚀角度(0°,30°,45°,60°和90°)对氧化锆增韧氧化铝(ZTA)抗冲蚀磨损性能的影响,分析了试验材料冲蚀磨损微观失效机制.结果表明相同冲蚀角度条件下,ZTA陶瓷的抗冲蚀性能约是Cr15Mo3的6倍～8倍;冲蚀角度对试验材料冲蚀磨损体积损失的影响规律是一条类似"N"形曲线,2个拐点分别处于45°和60°,90°冲蚀角度时试验材料的冲蚀磨损体积损失最大;微观失效形貌分析表明,随着冲蚀角度的增大,因冲击引起的对材料表面损伤作用增加,水平方向的切削磨损作用减小;冲蚀角度为45°时,由于材料表面受到一定的切削破坏和冲击磨损共同促进作用,致使试验材料冲蚀磨损体积损失达到极大值,Cr15Mo3材料的基体出现许多微裂纹和碳化物剥落,因裂纹扩展导致出现长裂纹,ZTA陶瓷由于大量的晶界粘界相流失,也造成晶体颗粒脱落.冲蚀角度为90°时,垂直冲击对材料失效起主要作用,因而2种材料的冲蚀磨损失效最严重.     

结构陶瓷的力学行为与耐冲蚀磨损性能的关系

采用旋转转盘式液/固双相流冲蚀磨损试验机,研究Cr15Mo3高铬铸铁和α-Al2O3、ZTA、Si3N4 3种结构陶瓷材料的抗冲蚀磨损性能,分析了试验材料冲蚀磨损微观失效行为.结果表明Si3N4、ZTA、α-Al2O3陶瓷材料的抗冲蚀磨损性能分别为Cr15Mo3的21.2倍,7.0倍和5.2倍;陶瓷材料的冲蚀磨损率与材料韧性的4次方成反比,与材料强度也成反比,陶瓷材料韧性和强度是影响其抗冲蚀磨损性能的重要因素,硬度不是主要因素.冲蚀磨损后,微观上Cr15Mo3整体材料去除多,冲蚀、腐蚀坑明显,失效形貌呈"W"型;Al2O3、ZTA材料主要是晶界粘结相失去多,晶粒裸露,但晶粒无破碎和裂纹产生,失效形貌呈"U"型,Si3N4材料晶界粘结相失去少,冲蚀磨损表面光滑.     

磨粒含量对共晶铝锰基复合材料抗冲蚀磨损特性的影响

采用MSH型旋转冲蚀磨损试验机对比研究了磨料粒度、磨料含量对共晶成分铝锰合金及其复合材料的冲蚀磨损性能影响,分析了试样材料的组织特征及冲蚀磨损后磨痕形貌.结果表明:铝锰合金材料的铸态组织为锰在铝中的固溶体及铝锰化合物,而铝锰基复合材料中除与铝锰合金相近的基体上还存在着δ-Al2O3,且δ-Al2O3颗粒的加入改变了铝锰化合物在基体中的分布;试样材料的冲蚀磨损率随磨粒粒度增大呈先增大后减小趋势,峰值向粒度增大的方向偏移;冲蚀磨损率随磨粒含量加入量增加而增大;与铝锰合金相比铝锰基复合材料的冲蚀磨损率较低,因此其具有优良的抗冲蚀磨损特性.     

冲蚀角对Al2O3颗粒增强铝锰合金复合材料冲蚀磨损性能的影响

采用旋转冲蚀磨损试验对比研究了冲蚀角度(45°和90°)对共晶成分铝锰合金和AlO3,颗粒增强铝锰基复合材料抗冲蚀磨损性能的影响规律,分析了材料的组织特征及冲蚀磨损后磨痕形貌.结果表明:铝锰合金的铸态组织为锰在铝中的同溶体以及MnAl6和Al11Mn4相;而复合材料的铸态组织为在与铝锰合金相近的基础上分布着的δ-Al2O3颗粒.随冲蚀时间的延长,当冲蚀角为90°时,冲蚀磨损失重率缓慢递增,磨痕形貌主要是由正向应力造成的变形磨损,产生冲蚀坑;而在45°冲蚀角情况下,失重率先增后降,存在着极大值,磨痕形貌主要是由切向应力造成的切削磨损,形成犁沟.     

氧化铝增强镍基合金涂层的组织与耐冲蚀磨损性能研究

采用等离子喷涂(APS)方法制备了用Ni包Al作为过渡层材料,球磨法混合G112和不同含量的Al2O3粉末作为面层材料的金属-陶瓷涂层。用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对涂层显微组织和相结构进行了分析,用图像分析系统测试了涂层孔隙率,并对涂层在冲蚀磨损试验机上以30°、60°和90°冲蚀角进行了冲蚀磨损试验。结果表明,随Al2O3含量增加涂层的耐冲蚀磨损性能先上升后下降,18%wt.AlO时耐冲蚀性能最好,其升降规律与冲蚀角度无关而与孔隙率密切相关。     

不同试验参数下铝锰基复合材料冲蚀磨损性能研究

采用MSN型冲蚀磨损试验机,在不同磨粒粒度和不同冲蚀速度下,对铝锰合金和三氧化二铝颗粒增强铝锰基复合材料进行冲蚀磨损试验,对试验材料失重、抗冲蚀磨损性能、微观失效表面形貌进行了分析。结果表明,三氧化二铝颗粒增强铝锰基复合材料较铝锰合金有较好的抗冲蚀磨损性能;材料的磨损失重率与磨粒粒度的关系并不是简单的单调曲线,而是随着磨粒粒度的增大呈先增大后减小;材料在较高冲蚀速度下抗冲蚀能力较低;影响材料抗冲蚀磨损能力的参数众多并且起主导作用的参数不止一个,本次试验中,磨粒的粒度和冲蚀速度共同决定了冲蚀磨损的强度。     

不同冲蚀速度下过共晶Al-Mn合金及复合材料冲蚀磨损性能的研究

采用MSN型冲蚀磨损试验机,在3.5 m/s及7m/s线速度及四种磨粒粒度下,对Al-2.86％Mn合金及Al2O3颗粒增强A1-2.77％Mn复合材料进行冲蚀磨损对比试验,分析试样材料的组织特征及冲蚀磨损后的磨痕形貌.结果表明:Al-2.86％Mn合金的主要成分是Al-Mn化合物(MnAl6和Al11Mn4)和Mn在Al中的固溶体,复合材料是在此基础上分布着Al2O3颗粒.材料的磨损失重率随冲蚀速度的变大明显增加;在相同速度下二者的冲蚀磨损程度随着磨粒粒度的增大呈先增大后减小的趋势,且峰值随着速度的变大向粒度增大的方向偏移;在相同试验参数下Al-2.77％Mn复合材料的抗冲蚀磨损性能要优于Al-2.86％Mn合金.     

等离子喷涂Al_2O_3-13%TiO_2涂层组织和冲蚀性能的研究

利用大气等离子喷涂技术(APS)在Q235钢基体上制备微米级Al_2O_3-13%TiO_2涂层,研究不同电流下涂层组织形貌、成分、显微硬度、冲蚀性能。研究表明,电流在400A时涂层组织形貌较好,无明显裂纹,显微硬度达1 376 HV。电流增加或者减小都会降低涂层的显微硬度,且电流过高涂层裂纹增多。涂层以30°冲蚀角时主要表现为切削磨损,增加冲蚀角度冲蚀磨损会增大,脆性断裂现象会更明显。冲蚀角度为90°时冲蚀量最大,主要表现为脆性断裂。     

等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层的冲蚀磨损特性

研究了在固体颗粒冲蚀条件下,不同冲击速度、不同磨料尺寸等因素对等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层冲蚀磨损率的影响,并在不同条件下与20号钢进行了对比试验,分析了等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层的冲蚀磨损特性及磨损机理,提出等离子喷涂Al2O3陶瓷涂层具有脆性特征的冲蚀磨损特性,它适用于细磨料低速冲蚀磨损条件.     

离子渗氮对2Cr13不锈钢磨损及冲蚀行为的影响

对2Crl3不锈钢在530℃进行了5h离子渗氮;采用自行设计的旋转冲蚀磨损装置研究了经离子渗氮的2Crl3不锈钢在液-固两相介质中的冲蚀行为;通过球-盘磨损试验研究了离子渗氮对2Crl3钢耐磨性能的影响;测定了试样表面的显微硬度和冲蚀失重,并用扫描电镜观察分析了冲蚀和磨损后试样表面的形貌。结果表明,离子渗氮可显著提高2Crl3不锈钢的表面硬度和耐磨性,但由于氮化铬在渗氮层中的析出,损耗了铬,从而显著降低钢的耐冲蚀性能。     

喷浆角度对金属表面冲蚀的影响

利用自主研发的喷浆试验平台，对Q235板进行了30°、45°、60°和90°这4个喷浆角度下的石榴石磨料射流冲蚀试验，结合Tulsa模型研究了磨料浆流对金属表面的冲蚀情况，并用Fluent有限元软件模拟了喷浆过程。结果表明，随着喷浆角度的增大，冲蚀长度逐步递减，最长冲蚀长度约为最短冲蚀长度的2倍。不同喷浆角下材料受到的冲蚀程度明显不同，冲蚀率呈现先增后减的趋势，在45°和90°时冲蚀率峰值分别为0.0462和0.0280 kg·m^-2·s^-1;冲蚀集中率与其在冲蚀区域内所对应位置基本呈线性关系。     

28Cr铸铁与辉绿岩铸石冲蚀磨损特性的对比研究

通过对２８Ｃｒ铸铁与辉绿岩铸石两种材料在不同冲蚀角度下的磨损试验以及对其磨损面的微观分析，比较了两种材质冲蚀磨损特性。实验结果表明：２８ｃｒ铸铁具有比辉绿岩铸石高得多的耐冲蚀磨损性。     

过共晶Al-Mn基复合材料的冲蚀磨损性能

采用搅拌铸造法制备出过共晶Al-Mn合金和Al2O3颗粒增强过共晶Al-Mn基复合材料,分析了两种材料的组织结构,着重研究了不同磨粒加入量和不同磨粒粒度对两种材料抗冲蚀磨损性能的影响。结果表明,Al-Mn合金主要由Mn在Al中的固溶体和Al-Mn化合物(MnAl6及Al11Mn4相)组成,而复合材料的组织结构是在与前者相近的基础上分布着Al2O3颗粒;两种材料在3%磨粒加入量的磨损率明显高于1%磨粒加入量的磨损率;在两种磨粒加入量下两种材料的磨损率随着磨粒粒度的增大均呈现出先增大后减小的趋势,且随着磨粒加入量增加磨损率极大值向粒径大的方向移动。此外,在Mn含量相近的条件下,Al2O3颗粒增强过共晶Al-Mn基复合材料的抗冲蚀磨损性能优于过共晶Al-Mn合金。     

碳钢不锈钢材料抗冲蚀磨损性能研究

通过对泵用过流部件材料55#碳钢和1Cr18Ni9Ti不锈钢在不同冲蚀速度、不同浆料含砂量及不同冲蚀角度条件下的冲蚀磨损腐蚀试验,探索了材料的冲蚀失效规律及微观破坏机制.结果表明,材料的冲蚀磨损失重率随冲蚀速度、浆料含砂量的增加而增加,且1Cr18Ni9Ti的抗冲蚀性能优于55#钢;冲蚀角度对材料的冲蚀性能影响最为显著,在0°～45°时冲蚀失重率随着冲蚀角度的增大而增大,45°时出现极大值,450～600时材料冲蚀失重率随着冲蚀角度的增加而减小;腐蚀对材料冲蚀性能的影响不容忽视.     

钢结构镀锌涂层冲蚀磨损表面形貌及粗糙度

我国西北地区风沙特殊环境对该地区钢结构的耐久性和安全性影响严重。利用风沙环境侵蚀实验系统、扫描电子显微镜(SEM)和激光共聚焦显微镜(LSCM)研究钢结构镀锌涂层受风沙冲蚀磨损损伤行为和损伤形貌,并分析其表面粗糙度。结果表明:涂层材料的冲蚀损伤行为更加依赖于冲蚀角度,在不同冲蚀角度下风沙流对涂层材料的冲蚀磨损过程同时存在类似表面划伤和挤压变形剥落;涂层材料的冲蚀坑深度随着冲蚀速度的增大而增加,在90°时冲蚀坑深度大于45°时的冲蚀坑深度;在相同的冲蚀速度下,45°时表面平均粗糙度Sa和均方差Sq较90°时大,在相同的冲蚀角度下,Sa和Sq均随速度的增大而增大。在冲蚀中后期,粒子对凹凸不平的表面冲蚀磨损破坏严重,试件表面峰谷的形成和破坏导致冲蚀率增加。     

冲蚀角和酸性对含镍低铬铸铁腐蚀磨损的影响

采用McF-30型冲蚀磨损试验机对含镍低铬铸铁进行冲蚀磨损实验.分别改变其冲蚀角和溶液酸性来考察两者对冲蚀磨损的影响.用扫描电镜(SEM)对其组织以及冲蚀后的形貌进行观察分析.结果表明,低铬铸铁在960℃油淬 250℃回火处理后,随着含碳量改变,碳化物大体呈平行条状或断续网状分布;含镍低铬铸铁最大冲蚀率出现在60.冲蚀角;当pH≥3时.酸性对冲蚀磨损量的影响作用较小,甚至可以忽略.     

渣浆泵用WC/铁基表面复合材料的研究

针对承受严重冲蚀磨损的渣浆泵过流件，采用型负压铸渗工艺制备了WC／铸铁基表面复合材料，分析了复合层的微观组织，检测了复合材料的冲蚀磨损性能，并用于渣浆泵过流件受磨损面的局部复合，结果表明，WC／灰铸铁基表面复合材料具有良好的微观组织结构和优异的抗冲蚀磨损性能，抗冲蚀磨损性是Cr15Mo3高铬铸铁的2．7倍，砂芯负压铸渗工艺可进行大面积异型曲面的复合。     

金属基体高温耐磨复合涂层的制备与磨损性能研究

锅炉受热面金属管壁的磨损问题是困扰电厂安全运行的一大难题.实验采用改性无机粘结剂,以耐磨性优良的SiC、Al2O3颗粒为基本骨料,辅以少量Cr2O3颗粒,再添加少量的膨润土和无机纤维为增强材料,提高涂层和基体间的结合力.在500℃下固化后得到实验涂层.分别在冲蚀角15°、25°、35°、45°、60°下研究了涂层耐冲蚀...