多相流下选矿设备的界面损伤现象普遍存在于选矿领域，如冲蚀、空蚀损伤，它们是选矿设备用材料破坏或失效的重要原因之一。每年有巨大数量的钢材被冲蚀、空蚀消耗，造成惊人的经济损失。湿法选矿工艺中，起泡剂的加入使矿浆环境更加复杂，过流部件的冲蚀、空蚀损伤更加严重，故有必要对选矿设备材料进行表面改性，使其具有优异耐磨和耐蚀性能，并对改性后的选矿设备材料的多相流环境下界面损伤行为和机理进行研究，以期降低矿用金属材料界面的破坏速率，延长矿山设备关键零部件的使用寿命。
　　本文以选矿设备中关键过流部件常用材料304奥氏体不锈钢（304SS）为研究对象。首先，利用表面超声滚压（SURP）技术对304SS进行表面改性处理，分别对304SS基体和SURP试样进行微观形貌、力学性能、表面电势、钝化膜状态的表征和电化学性质的测量。结果表明：滚压后试样表面维氏硬度和残余应力增加且部分奥氏体转化成马氏体，维氏硬度和残余应力的增加有助于减少介质流动过程中界面因碰撞而产生的划痕和压痕，奥氏体转变成马氏体的相变可以在空泡作用下吸收冲击能而避免裂纹扩展，故试样具有良好的耐磨性。另外，SURP304SS试样表面有晶粒细化的现象，晶界间表面电势差减小；同时，钝化膜中O、Cr、Ni元素的比例增多，Fe的比例减少，Ni的富集更为明显，钝化膜中高价态金属氧化物（CrO3、Ni2O3）和致密性氧化物（Fe2O3、Cr2O3、Ni2O3）的含量增多。这些现象使SURP试样的具有较高的开路电位和自腐蚀电位、较大的阻抗曲率半径和较低的自腐蚀电流密度，试样的抗腐蚀性能得以提升；因此，SURP能大大减少试样在多相流环境下304SS界面损伤的失重量，延长材料的空蚀孕育期和抑制增长期的腐蚀率；可见，SURP304SS抗界面损伤性能提升的机理是相变、硬度、残余应力、晶粒细化、表面电势、钝化膜的组成和厚度等共同作用的结果。
　　其次，对SURP试样在不同的滚压工艺和选矿工艺参数下进行空蚀、冲蚀和空蚀-冲蚀耦合试验，揭示了滚压工艺和选矿工艺参数在多相流环境下对304SS试样界面损伤的影响。试验表明：选矿工艺对SURP304SS的界面损伤行为具有显著的影响：浆料浓度的增加会降低试样的抗冲蚀、空蚀-冲蚀性能，其表现在浆料浓度增加时会增加试样表面的磨损损失，但抗电化学腐蚀性能略微增强；随浆料pH的增加，试样的抗电化学腐蚀性能则先增强后减弱；冲蚀速度的增加将加速冲蚀过程中的摩擦磨损从而降低试样的抗冲蚀性能；低冲击角时冲蚀的界面损伤以切削磨损为主，高冲击角时冲蚀的界面损伤受变形磨损和电化学腐蚀共同控制；冲蚀过程中引入空蚀将大大增加试样的失重量，增加腐蚀介质中的气含量将降低设备的使用寿命；粒径的增加在提升抗电化学腐蚀性能的同时减小失重量，试样的抗空蚀-冲蚀性能得以提升；空蚀-冲蚀耦合作用比二者单独作用更严重，其不仅增加试验过程中的磨损腐蚀，也增加腐蚀中的电化学腐蚀速率。不同滚压遍数下304SS界面损伤的表征和试验表明，SURP5~10遍时304SS表面维氏硬度和残余应力达到饱和，晶粒细化速度达到最大化而缺陷生成速度处于较低水平，同时晶间的表面电势差有最小值，奥氏体和马氏体之间的相变处于稳定状态。因此，SURP5~10遍时304SS有最佳的抗界面损伤性能，并且材料经SURP处理后能大幅减少304SS在多相流环境下的界面损伤。
　　最后，对多相流和304SS的界面以分子动力学和流体力学的角度进行了微观和宏观方面的跨尺度模拟，进一步丰富了多相流环境下选矿设备材料的界面损伤的行为和机理。结合能表明，在Cl-环境下，Fe和Cr金属单质的|ΔE|（结合能的绝对值）均大于其氧化物的|ΔE|。钝化膜中Fe和Cr与Cl-有较强的相互作用力，吸附紧密，Fe2O3和Cr2O3与Cl-相互作用较弱；费米能级附近的能带和态密度表明，O2p、Cr3d、2p和Fe3d、2p是影响钝化膜中腐蚀电流大小的因素。Fe2O3和Cr2O3中O元素和Fe、Cr元素的s轨道电子形成共价键不能自由运动，产生电流的电子为受到较强的原子核束缚力电子和d轨道电子。而Fe和Cr对应的s轨道电子为可自由运动，易产生电流。在SURP试样表面钝化膜中高价态金属氧化物和致密性氧化物的含量比基体材料的多，因此，SURP试样具有良好的抗腐蚀性能。结合能、能带和态密度表明304SS试样钝化膜组成的改变是界面损伤性能提升的机理之一。冲蚀率是与冲蚀速度、冲蚀角度和颗粒粒径密切相关，宏观模拟获得的冲蚀速度、冲击角度和颗粒粒径对冲蚀的影响与试验数据相吻合。