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在气/固两相流冲蚀的工程实践中,人们往往是根据固体颗粒对部件表面的冲击攻角来合理选择材料以避开最大冲蚀率。然而在许多情况下,例如煤粉输送管道中特别是弯头、变径等部位,固体颗粒的攻角难以确定。因此,要求开发一类对冲击攻角不敏感且耐冲蚀的新材料,最好不出现最大冲蚀率,以利于实现输送管道的等寿命设计。
为实现上述要求,本文按美国材料与试验学会标准ASTM-G76-83设计和组建了一台喷砂型冲蚀实验机,同时将一台离心机改造成离心式冲蚀实验机;在此基础上对新型SiC复合陶瓷材料进行耐冲蚀行为的研究,并用三种典型材料—45碳钢、灰口铸铁、Al2O3陶瓷作对比。
实验在常温下进行,砂粒为市售的平均粒度为125μm的多角刚玉砂,喷砂速度为20~50m/s,砂粒流量为5g/min,选用的攻角分别15°、30°、45°、60°、90°。采用称重法测定材料的冲蚀失重(冲蚀磨损量),所用分析天平的灵敏度为0.1mg。实验分别在50、100、200、300g喷砂用量下进行,每种喷砂量下重复试验二次以上,取其平均数值,再计算出冲蚀率。
实验结果表明:三种典型材料45碳钢、灰口铸铁、Al2O3陶瓷的最大冲蚀率分别出现在15°、30°、90°攻角条件下,符合典型的韧性或脆性材料冲蚀规律;而新型SiC复合陶瓷的冲蚀率不仅远低于以上三者,并且值得注意的是它的冲蚀率对攻角不敏感,是一类较理想的耐冲蚀材料,可用作粉料输送管道以实现其等寿命设计的候选材料。
为探讨新型SiC复合陶瓷的冲蚀性能,用SEM等手段观测冲蚀表面形貌,分析其耐冲蚀机理,确认大小不一,形状不规则,与粘结相结合紧密的多晶型SiC颗粒,在减缓低攻角粒子冲击时的微切削和高攻角下靶材微断裂造成靶材流失起重要作用。这是新型SiC复合陶瓷对攻角不敏感而且冲蚀率低的原因。