高溫沖蝕磨損試驗(yàn)新方法

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1、第十二屆國際熱噴涂研討會(huì)論文(ITSS’2009)第十三屆全國熱噴涂年會(huì)論文(CNTSC’2009)高溫沖蝕磨損試驗(yàn)新方法魏琪馮艷玲李輝栗卓新①(北京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院焊接實(shí)驗(yàn)室,北京100022)摘要：本文介紹了一種新型的高溫沖蝕磨損測(cè)試裝置及方法，研究了沖蝕距離、沖蝕溫度、沖蝕速度、沖蝕角度等因素對(duì)涂層沖蝕磨損測(cè)試結(jié)果的影響。結(jié)果表明，所研制的新型高溫沖蝕磨損測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、運(yùn)行穩(wěn)定、所測(cè)試的數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好，利用該裝置可以評(píng)價(jià)不同沖蝕溫度、沖蝕速度和沖蝕角度條件下涂層的耐沖蝕磨損性能。0引言磨損是造成材料損失和設(shè)

2、備破壞的重要原因，在冶金、電力、礦山、建材和化工等工業(yè)領(lǐng)域，由于材料的磨損和腐蝕，每年都會(huì)造成巨額的浪費(fèi)和損失，甚至?xí)斐稍O(shè)備的毀壞和人員的傷亡。其中沖蝕磨損約占工業(yè)生產(chǎn)中磨損破壞總數(shù)的8%，特別是高溫沖蝕磨損對(duì)材料和裝備造成的破壞就更為嚴(yán)重。例如鍋爐受熱管壁因高溫磨損而導(dǎo)致的減薄甚至爆管的現(xiàn)象是影響鍋爐運(yùn)行的主要問題，特別是循環(huán)流化床鍋爐水冷壁管等受熱面的高溫沖蝕磨損問題更為嚴(yán)重，磨損減薄量可達(dá)5～6mm/年。因此，提高材料的耐沖蝕性能就成為人們極為關(guān)注和急需解決的問題。提高材料耐磨蝕的方法很多，其中采用熱噴涂技術(shù)在工件表面制備一層

3、耐磨蝕的涂層是目前采用最多、最經(jīng)濟(jì)和最有效的方法之一。熱噴涂涂層耐高溫沖蝕性能的優(yōu)劣直接影響到零件或工件的使用壽命，而耐高溫沖蝕磨損涂層的研發(fā)需要借助于更好的、更實(shí)用的測(cè)試手段和方法。目前，國內(nèi)外見諸于報(bào)道的高溫沖蝕磨損試驗(yàn)方法也有多種，但都還有一定的局限性。有的試驗(yàn)條件與實(shí)際工況相差較遠(yuǎn)，有的設(shè)備復(fù)雜操作繁瑣，有的測(cè)試的準(zhǔn)確性和測(cè)試環(huán)境較差。由于沒有合適的試驗(yàn)方法和設(shè)備，在國內(nèi)很多人只能通過測(cè)試涂層的硬度或涂層的常溫磨損性能，間接判斷涂層的高溫沖蝕磨損的性能，這種方法既不準(zhǔn)確也不科學(xué)。因此，開展新型高溫沖蝕磨損試驗(yàn)方法的研究是非常有

4、必要的。1測(cè)試裝置根據(jù)高溫沖蝕磨損的實(shí)際工礦要求，所設(shè)計(jì)的新型高溫沖蝕磨損測(cè)試裝置的測(cè)試溫度為室溫～1000℃之間，砂粒的沖擊速度為0～120m/s,沖蝕角度為0～90度。而且要求設(shè)備結(jié)果簡(jiǎn)單，操作方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，測(cè)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠。根據(jù)上述設(shè)計(jì)原則，所研制的新型高溫沖蝕磨損測(cè)試裝置采用電阻熱直接對(duì)試樣進(jìn)行加熱的方式，用高速電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來提供沖蝕所需要的動(dòng)力，砂粒從轉(zhuǎn)盤上方的落砂斗下落，經(jīng)分砂器均勻分配到轉(zhuǎn)盤的四個(gè)孔槽中，在離心力的作用下從岀砂孔被高速拋出并打擊放置在轉(zhuǎn)盤周圍的試樣表面上，最后通過計(jì)算試件單位面積的失重量來

5、評(píng)價(jià)涂層的耐高溫沖蝕磨損性能。圖1是所設(shè)計(jì)的高溫沖蝕磨損測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)的示意圖。2測(cè)試方法①本文通訊聯(lián)系人：魏琪(北京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院焊接實(shí)驗(yàn)室,北京100022)北京市教委科技發(fā)展項(xiàng)目（JP000901220803）-49-第十二屆國際熱噴涂研討會(huì)論文(ITSS’2009)第十三屆全國熱噴涂年會(huì)論文(CNTSC’2009)沖蝕砂粒、試樣制備、沖蝕距離、沖蝕角度、沖擊速度和測(cè)試溫度等因素對(duì)材料的沖蝕測(cè)試結(jié)果有重要影響，因此有必要進(jìn)行上述因素對(duì)高溫沖蝕磨損測(cè)試結(jié)果影響規(guī)律的研究。1-控制柜2-加熱電源3-支架4-送砂器5-磨粒6

6、-落砂槽7-漏斗8-分砂器9-轉(zhuǎn)盤10-箱體蓋11-試樣12-電極13-沖蝕箱體14-電機(jī)15-滑砂板16-水冷系統(tǒng)17-出砂口圖1高溫沖蝕磨損測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖2.1沖蝕砂粒的選擇沖蝕砂粒對(duì)沖蝕磨損性能的影響主要與砂粒的硬度、形狀、粒度和砂粒的流量等因素有關(guān)。一般認(rèn)為，砂粒的硬度要高于被沖蝕磨損材料的硬度；尖棱角砂粒造成的沖蝕失重遠(yuǎn)大于球狀砂粒；砂粒的粒度越大動(dòng)能越大，沖蝕磨損越嚴(yán)重；砂粒的流量越大，沖蝕磨損試驗(yàn)效率越高。根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備和條件，經(jīng)試驗(yàn)確定選用16目的尖棱角形棕剛玉砂，砂粒流量為300g/min。2.2試樣的制備本試驗(yàn)的

7、試樣是在25mm×10mm×2mm的304不銹鋼基體上噴涂涂層制備而成。在高溫試驗(yàn)時(shí)，由于只對(duì)一個(gè)表面進(jìn)行沖蝕，而其它未被沖蝕的表面會(huì)因高溫氧化而產(chǎn)生增重，從而會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，必須采用計(jì)算的方法將未受到?jīng)_蝕磨損表面造成的氧化增重的部分減去，以此來減小氧化對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。試驗(yàn)中實(shí)際測(cè)量了304不銹鋼試樣基體在800℃下的氧化增重曲線（如圖2所示）。由圖2可知，隨氧化時(shí)間的增加，304不銹鋼試樣基體的氧化增重逐漸增加，但是重量增加幅度很小。因此，在低于800℃短時(shí)間的高溫沖蝕磨損試驗(yàn)中，若對(duì)測(cè)試結(jié)果的計(jì)算精度要求不非常高的

8、情況下，試樣基體的氧化增重可以忽略不計(jì)。0.00100.004060m/s0.003540m/s0.00080.0030(g)0.00250.00060.00200.00040.0015沖蝕磨損量氧化增重(g)0.001