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。     

冲蚀角度对建筑用钢化玻璃和普通玻璃喷砂磨损粗糙度的影响及三维分析

采用气流挟沙喷射法对钢化玻璃和普通玻璃在不同角度下进行冲蚀试验,利用激光共聚焦显微镜(LSCM)和扫描电子显微镜(SEM)表征玻璃表面微观结构和形貌的变化,对比研究了冲蚀角度对建筑用钢化玻璃和普通玻璃喷砂磨损粗糙度和损伤形貌的影响和机制.研究结果表明:随着冲蚀角度的增加,钢化玻璃和浮法玻璃的冲蚀率均逐渐增大,冲蚀损伤区...     

温湿交变和风沙作用下钢化玻璃的损伤形貌分析

目前对温湿交变后玻璃的风沙冲蚀磨损行为研究未见报道。通过高低温交变试验箱和模拟风沙环境侵蚀试验系统模拟内蒙古地区的严酷气候环境,采用L18(61×33)田口方法对试验进行设计,利用直观分析和方差分析研究温湿交变次数、冲蚀角度、冲蚀速度和沙流量对钢化玻璃冲蚀性能的影响程度及贡献率。结果表明:冲蚀角度是影响冲蚀率的最主要因素,其次是沙流量和冲蚀速度,温湿交变次数对冲蚀率的影响最小。方差分析表明冲蚀角度对材料的冲蚀磨损贡献率高度显著,高达89.48%。结合扫描电镜(SEM)和激光共聚焦显微镜(LSCM)观测的冲蚀形貌,分析了温湿交变前后引起冲蚀差异的原因及机理。     

等离子喷涂铝硅聚苯酯封严涂层的组织及抗冲蚀性能

抗冲蚀磨损性能是封严涂层最重要的性能指标之一.采用铝硅聚苯酯(Alsi-ployester)粉末和PARXAIR-3710等离子喷涂系统制备了可磨耗封严涂层.采用磨粒冲蚀试验研究了不同冲蚀角度、冲蚀时间、冲蚀颗粒尺寸和冲蚀速度对涂层抗冲蚀性能的影响,并用SEM观察冲蚀表面形貌.结果表明:在相同冲蚀条件下,Alsi-ployester涂层冲蚀率随冲蚀颗粒速度的增加而增加;涂层的冲蚀率受冲蚀角的影响,90°时的冲蚀率大于30°的;30°时涂层损失主要以刮削为主,90°时以凿削为主;涂层失重与冲蚀时间存在良好的线性关系;涂层冲蚀率随着冲蚀颗粒尺寸增加成波动变化,当颗粒尺寸为250μm时,冲蚀率达到最大.在实际工程应用中,Alsi-ployester涂层展示了良好的抗冲蚀性能.     

输电塔既有涂层与新涂层受风沙侵蚀的损伤机理

对输电铁塔杆件新镀锌涂层和既有镀锌涂层进行风沙冲蚀磨损试验,对比分析了两种不同镀锌涂层的冲蚀损伤规律。采用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜观测两种涂层的不同冲蚀磨损微观形貌,分析了两种涂层材料受风沙冲蚀的损伤机理。研究表明:冲蚀速度越高,两种涂层的冲蚀率越大,且既有涂层的冲蚀率在相同的冲蚀条件下比新镀锌涂层的冲蚀率要高500×10~(-5)～2 750×10~(-5)mg/g;两种涂层在冲蚀角度α为35～37°时出现了最大冲蚀率,分别为2.5×10~(-5)mg/g(新涂层)和0.014 mg/g(既有涂层)。两种涂层在冲蚀角度α=90°时冲蚀率最小,分别为0.5×10~(-5)mg/g(新涂层)和700×10~(-5)mg/g(既有涂层);两种涂层的冲蚀形貌是从低角度的犁沟型冲蚀沟发展到冲蚀沟和冲蚀坑并存,再到高角度仅存的冲蚀坑形貌。风沙流对输电铁塔杆件新镀锌涂层和既有镀锌涂层的冲蚀磨损过程大致相同,既有镀锌涂层的冲蚀坑和带状冲蚀沟比新镀锌涂层更深、更长,且表面更加粗糙。     

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。     

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。      

耐温耐磨有机硅基复合涂料的冲蚀磨损研究

研究了陶瓷颗粒增强体 ( Si C、Al2 O3)及不同冲蚀条件对有机硅基复合材料涂料 (以下简称有机硅复合涂料 )耐冲蚀性能的影响。发现基体组成、陶瓷颗粒种类、含量及冲蚀条件对有机硅复合涂料耐冲蚀性有很大的影响。合适的选择颗粒增强体 ,复合涂料的冲蚀率较纯有机硅涂料降低了 1～ 2个数量级。SEM冲蚀表面形貌分析表明 :低速冲蚀时涂层的磨损是因塑性变形和疲劳引起 ,而高速冲蚀时则由塑性变形、显微犁耕和显微切削造成。传统的耐温耐磨复合涂料多为纤维增强 ,因此研究开发新型颗粒增强复合涂料有较大的意义。     

几种工程材料的冲蚀行为的研究

通过对五种工程材料在不同条件下的冲蚀率和磨损表面形貌的分析,研究了冲蚀角度、粒子速度、粒径、质量流量等因素的影响,探讨了材料的磨损机理.     

SiC泡沫陶瓷/球墨铸铁双连续相复合材料的气固两相流冲蚀性能

将SiC泡沫陶瓷氧化后用挤压铸造法制备了SiC泡沫陶瓷/球墨铸铁(DI)双连续相复合材料(SiC_foam/DI)。使用气固两相流冲蚀磨损试验机对比研究了冲蚀时间(t)、粒子速度(ν)和冲蚀角度(α)对SiC颗粒/球墨铸铁复合材料(SiC_p/DI)、SiC_foam/DI复合材料和DI冲蚀性能的影响，并分析了冲蚀机理。结果表明：随着冲蚀时间的增加三种材料的冲蚀速率逐渐减小并趋于稳定；随着粒子冲击速度的提高DI的冲蚀速率逐渐增加，冲蚀速率与ν^2.95成正比；在冲击速度小于87.5 m/s时SiC_p/DI和SiC_foam/DI复合材料的冲蚀速率相近，冲击速度大于87.5 m/s时SiC_p/DI复合材料的冲蚀速率明显地比SiC_foam/DI复合材料的高。随着冲蚀角度的增大DI呈现出脆性材料的冲蚀特征，SiC_p/DI和SiC_foam/DI表现出典型的塑性材料的冲蚀特征，最大冲蚀速率对应的冲蚀角为45°。低角度时DI的冲蚀机理为微切削，高角度时为冲蚀坑和微裂纹。用高速粒子冲击时，由于SiC泡沫陶瓷的整体增强作用和阴影保护效应，SiC_foam/DI比SiC_P/DI和DI具有更高的抗冲蚀磨损性能。     

基于田口方法的橡胶砂浆受风沙冲蚀性能

针对内蒙古中西部风沙环境特征,利用模拟风沙环境侵蚀实验系统,采用L₁₆（5⁴）田口方法进行实验设计,研究了不同橡胶粒径和掺量的橡胶砂浆在风沙环境下的冲蚀磨损行为,应用SEM观测橡胶砂浆冲蚀后的微观形貌。结果表明：在冲蚀速度为17 m/s、橡胶粒径为1.70 mm、橡胶掺量为5%、冲蚀角度为45°和下沙量为45 g/min的条件下,橡胶砂浆的冲蚀率最小;下沙量和冲蚀速度是影响橡胶砂浆冲蚀磨损性能的显著因素;相同冲蚀条件下,各粒径的橡胶砂浆冲蚀率大小为：1.70 mm的橡胶砂浆 < 普通水泥砂浆 < 0.18 mm的橡胶砂浆 < 0.42 mm的橡胶砂浆;橡胶砂浆的冲蚀磨损主要体现为沙粒对其表面的切削和挤压作用,其中1.70 mm的橡胶颗粒对沙粒有较好的抵抗作用,0.42 mm的胶粉颗粒易剥落,加剧沙粒的磨损作用。     

Sialon陶瓷的冲蚀磨损及磨粒磨损行为

以ＳｉＣ作为磨粒较全面地研究了Ｓｉａｌｏｎ陶瓷的磨损性能：冲蚀磨损和磨粒磨损性能．Ｓｉａｌｏｎ陶瓷在冲蚀磨损实验中表现出了脆性冲蚀的特征,在高角冲蚀下,冲蚀磨损率随着冲蚀角度的增大而迅速增加,并在冲蚀角为９０°附近达到最大．ＳＥＭ分析表明Ｓｉａｌｏｎ陶瓷的冲蚀磨损机理主要是显微切削和表面颗粒拔出脱落．在Ｓｉａｌｏｎ陶瓷的磨粒磨损实验中,较高载荷作用下,磨损量与时间之间有指数变化关系;较低载荷作用下,磨损初期有一个短暂的磨损量基本不变的孕育阶段,随后进入快磨损阶段,本文对该孕育现象进行了探讨．对磨损表面的ＳＥＭ分析发现;Ｓｉａｌｏｎ陶瓷的磨粒磨损机理主要是犁耕和表面断裂脱落．     

Impact of high‐velocity oxy‐fuel sprayed TiAlN surface coating on mechanical and slurry erosion performance of aluminium alloys

TiAlN coatings were deposited on AA1050 and AA5083 aluminium alloys by high‐velocity oxy‐fuel (HVOF) spray process and evaluated for their mechanical and slurry erosion performance. In comparison to base alloys, the mechanical properties were found to enhance upon coating. The effect of working parameters namely impingement angle, impact velocity, erodent size and erodent feed rate on the slurry erosion wear rate has been investigated. The slurry erosion wear rate of the uncoated samples was found to decrease with an increase in the impingement angle whereas for coated samples the slurry erosion wear rate first increased, reached to a maximum value at 60° and then decreased with further increase in the impingement angle. For uncoated and coated samples the slurry erosion wear rate was found to increase with an increase in impact velocity, erodent size and erodent feed rate. Finally, the morphology of the eroded surfaces was analyzed using scanning electron microscopy and the possible erosion mechanisms have been studied.     

碳纳米纤维纸-玻纤/环氧复合材料对风力发电叶片的影响

针对风力发电叶片在多风沙环境下的固体粒子冲蚀磨损行为, 研究了风力发电叶片专用环氧树脂(EPIKOTE^TM RIM 135、EPIKURE^TM RIM H 137)、传统玻纤增强环氧复合材料和新型碳纳米纤维纸-玻纤/环氧复合材料的固体粒子冲蚀磨损行为, 并测试了不同材料的玻璃化转变温度, 进而对比分析了其对冲蚀磨损的影响; 针对风力发电叶片在寒冷环境下表面容易结冰的现象, 研究了上述三种材料表面的疏水性能, 并测试了它们对水的接触角大小。结果表明: 碳纳米纤维纸-玻纤/环氧复合材料具有良好的界面结合, 且碳纳米纤维纸的引入提高了碳纳米纤维纸-玻纤/环氧复合材料的玻璃化转变温度(从55 ℃提高到63 ℃), 从而改善了其耐固体粒子冲蚀磨损性能; 同时, 碳纳米纤维纸的加入改善了碳纳米纤维纸-玻纤/环氧复合材料的表面疏水性能(接触角从104°提高到131°)。     

碳基材料超高速粒子侵蚀的数值模拟

应用动力学理论建立了碳基材料超高速粒子侵蚀的数学模型。在模型中引入了表征材料抵抗侵蚀破坏能力的参数: 冲击破坏侵蚀能和剪切破坏侵蚀能。通过定义多重碰撞修正因子β, 给出了多粒子侵蚀材料体积损失的理论计算公式。计算了石墨和C/ C 靶材在Al₂O₃粒子撞击下, 体积损失比随粒子入射角及入射速度的变化规律。结果表明, 脆性碳基材料在超高速粒子撞击作用下, 冲击破坏与剪切破坏同时发生, 冲击破坏在材料体积损失中起主导作用。计算结果与已有的实验值吻合较好。      

ZrO_2－Al_2O_3－SiC系复相陶瓷材料的冲蚀磨损

本文对ＺｒＯ２增韧１０％ＳｉＣ／Ａｌ２Ｏ３基复合材料和ＳｉＣ颗粒弥散强化５％Ａｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２基复合材料的冲蚀磨损的研究，实验表明：相交增初有助于断裂韧性的改善，从而缓和了材料的高角冲蚀率；高弹模量的ＳｉＣ二相粒子引入后基体材料的硬度增加，提高了材料的抗低角磨损能力．显微结构（ＳＥＭ）分析表明，不同的冲蚀角度条件下材料表面的损伤行为和磨损微观机制也不相同，通过ＰＵＤ计算，定量表征材料的抗切向磨损能力．     

Influence of axial clearance on solid particle erosion and efficiency of governing stage in ultra-supercritical steam turbine based on rebound effect

Based on the steam-solid two-phase flow model combined with rebound effect, the influence of axial clearance on the solid particle erosion (SPE) characteristics and efficiency in ultra-supercritical steam turbine governing stage was analyzed. The results show that the erosion damage degree caused by rebound is less than that caused by the particle first impact. With the increase of axial clearance, the number of particles rebounding back to the trailing edge of the suction surface(SS) in nozzle decreases. When the axial clearance increases, the large size particle impact velocity and impact angle move towards the leading edge of rotor blade, and the erosion area extends to the middle and front of the pressure surface (PS), resulting in the increase of erosion area. However, the particle impact angle deviates from the serious erosion angle, and the erosion degree decreases. The axial clearance has different influence trends on SPE and stage efficiency. With the increase of axial clearance, the erosion rate density decreases continuously, about 59.2%, but the stage efficiency increases first and then decreases. So the influence of SPE and stage efficiency should be comprehensively considered for the selection of axial clearance.     

粗糙度对热障涂层冲蚀失效的影响及模型建立

采用气体喷砂试验机研究了大气等离子喷涂(APS) ZrO₂-7%Y₂O₃(7YSZ)热障涂层的冲蚀失效机理, 分析了陶瓷层表面粗糙度对热障涂层冲蚀磨损率及失效行为的影响, 研究了基于多孔层状的热障涂层在常温高速粒子90°攻角下的冲蚀失效特征, 探讨了多孔层状结构对涂层冲蚀失效演变机制的作用, 此外, 建立了基于粗糙度的冲蚀失效数学模型。研究结果表明: 冲蚀磨损率与陶瓷层表面粗糙度呈线性递增关系; 涂层在高速粒子冲蚀下多孔层状结构加剧了涂层的冲蚀失效; 涂层表面在粒子冲蚀下承受着非均匀、非连续的压-压脉动循环载荷, 在微凸粗糙表面承载着正应力和切应力的相互作用; 正应力迫使涂层出现凹坑, 切应力易导致涂层出现沟槽, 并同时以原喷涂态表面网状裂纹为策源地诱发裂纹在粒子晶界和层间界面萌生扩展导致涂层产生粒子和片状剥落, 最终涂层显示出典型的磨粒磨损和低周疲劳失效形式。