用覆层法强化钢材表面的耐冲蚀性

冲蚀是材料的一种表面磨损失效形式，会给流体机械造成严重的损害，通过选材和热处理不能取得明显的防护效果。不过采用表面强化的手段，有希望提高钢铁材料的耐冲蚀性。本研究设计了一系列覆层配料和熔敷工艺，并对其进行了冲蚀试验，得出了有益的结论     

QT500的冲蚀磨损试验研究

在自制的转盘式冲蚀磨损试验台上以灰口铸铁（HT200）为对比材料，对球墨铸铁（QT500）的冲蚀磨损性能进行了试验研究，结果显示QTS00的冲蚀磨损规律与HT200基本相似，而耐冲蚀磨损性能比HT200稍强。在电子显微镜（SEM）下对QTS00和HT200冲蚀磨损表面形貌进行观察，分析表明：QTS00的冲蚀磨损机制是硬质砂粒对材料表面的微切削作用，而HT200的冲蚀磨损机制是因赫兹裂纹导致的脆性脱落。     

水轮机用不锈钢材料的抗冲蚀磨损性能研究

通过对不同冲蚀速度、不同冲蚀角度及不同浆料沙的质量分数等影响参数下水轮机用１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ和０Ｃｒ１３Ｎｉ５Ｍｏ不锈钢材料的冲蚀磨损试验，探索了试验材料的表面失效规律及微观破坏机制，结果表明：冲蚀速度、浆料中沙的质量分数对两种材料的冲蚀磨损性能影响规律相似，冲蚀角度对材料的冲蚀磨损性能影响最大，且０～４５°内时随着冲蚀角度的增加材料的冲蚀磨损失重率增大，４５°出现极大值，在４５°～６０°内随着角度的增加而减小。     

一种模拟舰船表面破坏的冲蚀、空蚀和腐蚀交互磨损试验研究

海洋装备表面材料破坏的主要原因是冲蚀、空蚀和腐蚀及其交互作用,而量化其表面磨损程度对海洋装备材料和结构的设计具有重要意义。冲蚀、空蚀和腐蚀交互磨损试验台是研究海洋装备表面材料破坏的有效工具。通过流场数值对比分析,在研究冲蚀和空蚀交互作用的基础上,优化设计了冲蚀、空蚀和电化学腐蚀交互磨损综合试验台,完成了人造海水中,不同材料的舰船工作表面受到高速流体冲击产生的冲蚀、空蚀和电化学腐蚀交互磨损试验。结果表明:同一种金属材料冲蚀、空蚀和电化学腐蚀交互作用的失重量大于冲蚀、空蚀和自然腐蚀交互作用的失重量,高强度塑性金属材料的腐蚀磨损较为严重,其三者交互作用的磨损程度大于低强度塑性金属材料。     

基于流体机械工况的冲蚀磨损特性研究

在圆盘式磨蚀试验台上，对流体机械常用材料HT200、45与40Cr钢进行了模拟实际工况的冲蚀磨蚀试验，研究了试验材料的表面失效规律及微观破坏机理。结果表明：冲蚀分为跑合期、稳定期和上升期三个阶段。灰铁HT200的冲蚀磨损以脆性断裂为主；45钢的冲蚀磨损是以切削磨损为主；40Cr是以犁沟剥落为主。     

40Cr的冲蚀磨损性能研究

在自制的转盘式冲蚀磨损试验台上以45^#钢为对比材料,对40Cr的冲蚀磨损性能进行了试验研究,结果显示40Cr的冲蚀磨损规律与45^#钢基本相似,而耐冲蚀磨损性能比45^#钢稍强。在电子显微镜（SEM）下对40Cr和45^#钢冲蚀磨损表面形貌进行观察,分析表明：40Cr和45^#钢的冲蚀磨损机制都是硬质砂粒对材料表面的微切削作用。     

WC/NiCrSiB复合覆层抗冲蚀气蚀性研究

用氧乙炔焰喷焊法制备了NiCrSiB及其加入WC陶瓷颗粒的复合覆层材料，用光学显微镜分析了覆层的显微组织，并对覆层材料的浆体冲蚀和气蚀抗力进行了研究，用扫描电子显微镜对覆层表面气蚀破坏形貌进行了观察。结果表明：WC／NiCrSiB复合覆层材料不仅抗浆体冲蚀能力比基体材料有了很大的提高，而且耐气蚀性也有一定的提高。最后对覆层材料的浆体冲蚀和气蚀机理进行了分析。     

高速氧化铝粒子冲蚀下高锰钢的磨损特性

通过对高锰钢的磨损表面形貌，磨屑形貌和次表层硬度的分析等手段研究了高速氧化铝粒子冲蚀下高锰钢的磨损特性。结果表明，在高速氧化铝氧化铝粒子部蚀下，高锰钢仍具有典型延性材料的冲蚀磨损特性。     

含沙量和沙粒粒径对QT500材料冲蚀磨损特性的影响

利用圆盘式磨蚀试验装置模拟流体机械工况条件,对QT500和45钢进行了冲蚀磨损试验,用失重法研究了材料在不同含沙量和沙粒粒径时的冲蚀磨损特性。对试样表面微观形貌进行了观察,探讨了材料的冲蚀磨损机理和损伤规律。研究表明：随含沙量的增加,材料的磨损率也增加,但不与含沙量的增加值成正比;随沙粒粒径的增大,磨损量亦增加。QT500的冲蚀磨损机理主要是脆性剥落和疲劳破坏。     

40Cr冲蚀与空蚀交互磨损试验研究

对40Cr进行模拟化工泵叶轮流道内工况条件下的冲蚀与空蚀交互磨损试验,分析40Cr材料的抗交互磨损性能和冲蚀与空蚀交互磨损试件表面磨痕。结果表明:40Cr的冲蚀与空蚀交互磨损失重曲线分为孕育期、上升期、衰减期和稳定期。在孕育期中,材料失重量很小;在上升期中,材料的冲蚀与空蚀交互磨损失重量增加。40Cr材料的交互磨损特性是以微切削、犁削和脆性剥落为主,同时存在针眼和剥落坑。40Cr试样表面的冲蚀沟槽和空蚀坑主要沿水流线速度矢量的方向,但也存在一些与线速度成一定夹角的摩擦痕迹或沟槽,说明影响冲蚀与空蚀交互磨损的因素不仅是水流速度,还与沙粒运动轨迹、水流方向及冲蚀角度等有关。     

40Cr在高压液固两相流中的冲蚀行为

为研究钻井液中的固相颗粒对控压钻井节流阀阀芯表面轮廓冲蚀的影响,采用高压水携砂喷射法模拟节流阀阀芯工作环境,探究节流阀阀芯材料40Cr在不同攻角下的冲蚀行为,分析冲蚀量与攻角的关系;采用三维扫描仪测量冲蚀后材料的表面形貌,采用扫描电镜(SEM)观测材料冲蚀区的微观形貌,分析不同攻角下材料的冲蚀磨损机制。结果显示:当攻角由15°增加到90°时,试件冲蚀斑坑深度、冲蚀质量损失呈现先增加再减小的趋势,并在45°时达到最大,同时,冲蚀斑坑形状由椭圆形状逐渐向圆形变化;随着冲蚀时间的延长,在攻角为45°时冲蚀质量损失以指数方式增加;40Cr材料在低角度冲蚀为"犁削"作用,高角度为"冲击锻打",在整个冲蚀过程中2种损伤机制并存,在45°时2种作用效果最大。研究表明:通过改变阀芯轮廓使粒子攻角避开45°附近,可减少节流阀冲蚀磨损。     

硬质合金基体上TiN与TiAlN涂层冲蚀磨损特性研究

采用离子束辅助真空脉冲过滤弧离子镀技术,在硬质合金YG6基体上沉积两种氮化物涂层TiN、TiAlN,检测了涂层的微观结构及其主要物理机械性能。对两种涂层进行气体冲蚀磨损试验,利用扫描电子显微镜(SEM)对冲蚀表面进行观察,获得涂层冲蚀形貌特征。通过检测涂层的冲蚀磨损量和磨损率,分析涂层的冲蚀磨损性能,表明TiAlN涂层比TiN表现出了更强的抵抗冲蚀磨损的能力。通过分析两种涂层的冲蚀表面形貌特征,发现两种涂层材料的冲蚀去除机制有所不同。TiN涂层表现出典型的脆性断裂去除特点,而TiAlN涂层主要呈现微切削和疲劳断裂的特征。     

激光熔覆增强风机叶片耐冲蚀磨损的研究

本文使用自制的冲蚀磨损试验机对ＦＺＮＷＣ－３５合金熔覆层进行冲蚀试验。结果表明激光熔覆一定成分的镍包ＷＣ粒子合金粉末的表层具有高出２０ＭｎＭｏ基材２－３倍的相对耐冲蚀性能。该涂层同时兼备有韧性材料和脆性材料抗冲蚀的优点，即在低角冲蚀时，熔覆层呈现脆性材料冲蚀特点，而在高角冲蚀时又呈现韧性材料冲蚀特点。     

WC喷焊层对Ni60自熔合金冲蚀磨损机制的影响

在转盘式磨蚀实验台上,对N i60和N i60 35%WC涂层进行冲蚀磨损实验,研究了试验材料的表面失效规律及微观破坏机制。结果表明:2种试样的冲蚀磨损规律相同,分为跑合期和稳定期;由于硬质点WC的加入,使得2种试样的冲蚀磨损机制不一样,但N i60 35%WC涂层的耐冲蚀性能明显高于N i60材料;N i60 35%WC涂层的冲蚀磨损机制主要是剥落坑和疲劳点蚀,而N i60材料主要是微切削和犁沟剥落。     

采用覆层技术提高设备的抗冲蚀性

流体机械在工作中会受到流体的冲刷或撞击,如水电站的过水部件,火电厂的煤粉及烟粉输送设备.冲蚀使流体机械的使用寿命降低.多年来,人们为此做了大量的研究,几乎对所有的工程材料都进行了试验,但是所得效果几乎都呈现为同样的水平.因此,冲蚀成了许多工程中的老大难问题.冲蚀问题是一个表面失效问题,因此,解决冲蚀问题,就必须在表面上下功夫,只要表面强化了,机件寿命也就延长了.从成本上来说,即使表面处理用了一些较贵重的材料,但毕竟量少,成本增加不大.我们用一种高强韧性的合金粉加适量陶瓷粉熔覆在风机叶片上进行试验,结果使叶片寿命明显提高.本文通过一系列试验和分析,对覆层的耐冲蚀特性进行研究.     

冲击形式产生的冲蚀、空蚀和腐蚀联合磨损试验研究

舰船等海洋运输装备在海水中行驶时,船体表面受到含沙海水的冲蚀磨损,舰船行驶速度变化引起的空蚀磨损,以及海水的腐蚀磨损,因此舰船表面材料的破坏形式是冲击式的冲蚀、空蚀和腐蚀联合磨损。为了研究联合磨损的影响因素,研制冲蚀、空蚀和腐蚀联合磨损试验台,并实验研究沙粒浓度、沙粒尺寸、含盐浓度以及冲蚀速度对45钢试件的联合磨损影响规律。实验结果表明:冲蚀、空蚀和腐蚀联合磨损程度强于冲蚀和空蚀交互磨损或单纯腐蚀磨损,在较低的沙粒浓度和较低的含盐浓度条件下,金属材料联合磨损质量损失与沙粒浓度、沙粒尺寸、含盐浓度和冲蚀速度均成正比关系。磨损面形貌分析表明:随着沙粒浓度、沙粒尺寸、含盐浓度、冲蚀速度的增加,试件表面的冲蚀沟和空蚀孔的磨痕深度和面积增大,而在人造海水中,试件表面不仅存在冲蚀沟和空蚀孔,还产生了腐蚀坑。     

砂浆冲蚀磨损特性研究

用自制的砂浆冲磨损试验机在水－石英砂浆冲蚀条件下，对纯铝、27SiMn钢和高铬铸铁等金属材料的磨损行为进行了试验，研究了不同材料的砂浆冲蚀磨损率与冲蚀速度及冲蚀角度的关系，分析了砂浆冲蚀磨损的特性和机理，提出了一种砂浆冲蚀磨损的刺入机制。     

冲蚀磨损表面及磨屑的分形集合

讨论了分形几何理论在冲蚀磨损中应用的可能性与合理性。并对冲蚀磨损分形维数Ｄ进行了测量和计算。结果表明，冲蚀表面和磨屑均可构成分形集合，它们的分形维数与冲蚀率呈负斜率的直线关系。     

离心压缩机叶轮材料FV520B冲蚀规律和机理的研究

利用高速冲蚀试验系统,以7 μm、10 μm、14 μm多角氧化铝微粒为冲蚀颗粒,在120 ~ 210 m/s冲击速度范围内,对离心式压缩机叶轮材料FV520B在模拟压缩机叶轮高速粒子冲蚀环境下的冲蚀规律进行了系统的试验研究。对冲蚀表面形貌进行分析,研究冲蚀磨损机理。结果表明：参与冲蚀的粒子质量在5 ~ 80 g之间时,冲蚀率先增加后减小即为冲蚀过渡期,冲蚀粒子质量大于80 g后冲蚀率趋于平稳,进入冲蚀稳定期;高、低强度的两种FV520B材料,均呈现出典型的塑性材料的冲蚀特性,最大冲蚀率分别出现在24°、18°的冲击角度附近;高强度FV520B在24°和90°冲击角度时的速度指数分别为3.37和3.68,速度指数随冲击角度的增大而增大;FV520B冲蚀磨损的实质是微切削与变形磨损共同作用,在低角度冲蚀时,以微切削磨损为主,而在大于60°的高角度冲蚀,以变形磨损为主。     

微磨料空气射流加工特性研究

通过微磨料空气射流加工普通平板玻璃的试验研究,分析了加工时间、空气压力、磨料流量、喷射距离、喷射角度、磨料种类、喷嘴结构和尺寸等加工工艺参数与微磨料空气射流加工的材料冲蚀率及玻璃表面冲蚀加工凹坑尺寸（凹坑直径和凹坑深度）之间的关系,得出了这些工艺参数对微磨料空气射流加工效果的影响规律。结果表明：喷射距离对材料冲蚀率和冲蚀凹坑的尺寸影响最大,存在一个可以获得最大冲蚀率和加工深度的最佳喷射距离;喷嘴的形状、尺寸和喷射角度的不同直接改变加工凹坑的轮廓,是影响微磨料空气射流加工轮廓结构形状的关键因素。