高温冲蚀磨损试验新方法

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1、第十二届国际热喷涂研讨会论文(ITSS’2009)第十三届全国热喷涂年会论文(CNTSC’2009)高温冲蚀磨损试验新方法魏琪冯艳玲李辉栗卓新①(北京工业大学材料科学与工程学院焊接实验室,北京100022)摘要：本文介绍了一种新型的高温冲蚀磨损测试装置及方法，研究了冲蚀距离、冲蚀温度、冲蚀速度、冲蚀角度等因素对涂层冲蚀磨损测试结果的影响。结果表明，所研制的新型高温冲蚀磨损测试装置结构简单、操作方便、运行稳定、所测试的数据重现性好，利用该装置可以评价不同冲蚀温度、冲蚀速度和冲蚀角度条件下涂层的耐冲蚀磨损性能。0引言磨损是造成材料损失和设

2、备破坏的重要原因，在冶金、电力、矿山、建材和化工等工业领域，由于材料的磨损和腐蚀，每年都会造成巨额的浪费和损失，甚至会造成设备的毁坏和人员的伤亡。其中冲蚀磨损约占工业生产中磨损破坏总数的8%，特别是高温冲蚀磨损对材料和装备造成的破坏就更为严重。例如锅炉受热管壁因高温磨损而导致的减薄甚至爆管的现象是影响锅炉运行的主要问题，特别是循环流化床锅炉水冷壁管等受热面的高温冲蚀磨损问题更为严重，磨损减薄量可达5～6mm/年。因此，提高材料的耐冲蚀性能就成为人们极为关注和急需解决的问题。提高材料耐磨蚀的方法很多，其中采用热喷涂技术在工件表面制备一层

3、耐磨蚀的涂层是目前采用最多、最经济和最有效的方法之一。热喷涂涂层耐高温冲蚀性能的优劣直接影响到零件或工件的使用寿命，而耐高温冲蚀磨损涂层的研发需要借助于更好的、更实用的测试手段和方法。目前，国内外见诸于报道的高温冲蚀磨损试验方法也有多种，但都还有一定的局限性。有的试验条件与实际工况相差较远，有的设备复杂操作繁琐，有的测试的准确性和测试环境较差。由于没有合适的试验方法和设备，在国内很多人只能通过测试涂层的硬度或涂层的常温磨损性能，间接判断涂层的高温冲蚀磨损的性能，这种方法既不准确也不科学。因此，开展新型高温冲蚀磨损试验方法的研究是非常有

4、必要的。1测试装置根据高温冲蚀磨损的实际工矿要求，所设计的新型高温冲蚀磨损测试装置的测试温度为室温～1000℃之间，砂粒的冲击速度为0～120m/s,冲蚀角度为0～90度。而且要求设备结果简单，操作方便，经济实用，测量数据稳定可靠。根据上述设计原则，所研制的新型高温冲蚀磨损测试装置采用电阻热直接对试样进行加热的方式，用高速电机带动转盘作高速旋转运动来提供冲蚀所需要的动力，砂粒从转盘上方的落砂斗下落，经分砂器均匀分配到转盘的四个孔槽中，在离心力的作用下从岀砂孔被高速抛出并打击放置在转盘周围的试样表面上，最后通过计算试件单位面积的失重量来

5、评价涂层的耐高温冲蚀磨损性能。图1是所设计的高温冲蚀磨损测试装置结构的示意图。2测试方法①本文通讯联系人：魏琪(北京工业大学材料科学与工程学院焊接实验室,北京100022)北京市教委科技发展项目（JP000901220803）-49-第十二届国际热喷涂研讨会论文(ITSS’2009)第十三届全国热喷涂年会论文(CNTSC’2009)冲蚀砂粒、试样制备、冲蚀距离、冲蚀角度、冲击速度和测试温度等因素对材料的冲蚀测试结果有重要影响，因此有必要进行上述因素对高温冲蚀磨损测试结果影响规律的研究。1-控制柜2-加热电源3-支架4-送砂器5-磨粒6

6、-落砂槽7-漏斗8-分砂器9-转盘10-箱体盖11-试样12-电极13-冲蚀箱体14-电机15-滑砂板16-水冷系统17-出砂口图1高温冲蚀磨损测试装置结构示意图2.1冲蚀砂粒的选择冲蚀砂粒对冲蚀磨损性能的影响主要与砂粒的硬度、形状、粒度和砂粒的流量等因素有关。一般认为，砂粒的硬度要高于被冲蚀磨损材料的硬度；尖棱角砂粒造成的冲蚀失重远大于球状砂粒；砂粒的粒度越大动能越大，冲蚀磨损越严重；砂粒的流量越大，冲蚀磨损试验效率越高。根据试验设备和条件，经试验确定选用16目的尖棱角形棕刚玉砂，砂粒流量为300g/min。2.2试样的制备本试验的

7、试样是在25mm×10mm×2mm的304不锈钢基体上喷涂涂层制备而成。在高温试验时，由于只对一个表面进行冲蚀，而其它未被冲蚀的表面会因高温氧化而产生增重，从而会影响试验结果的准确性。因此，必须采用计算的方法将未受到冲蚀磨损表面造成的氧化增重的部分减去，以此来减小氧化对测试结果的影响。试验中实际测量了304不锈钢试样基体在800℃下的氧化增重曲线（如图2所示）。由图2可知，随氧化时间的增加，304不锈钢试样基体的氧化增重逐渐增加，但是重量增加幅度很小。因此，在低于800℃短时间的高温冲蚀磨损试验中，若对测试结果的计算精度要求不非常高的

8、情况下，试样基体的氧化增重可以忽略不计。0.00100.004060m/s0.003540m/s0.00080.0030(g)0.00250.00060.00200.00040.0015冲蚀磨损量氧化增重(g)0.001