金属材料因含沙水流造成的磨蚀失效现象极易诱发水力机械过流部件的损坏,严重影响着水力机械的效率以及安全稳定运行。为了提高水力机械的使用寿命,需要寻找性能更好的材料,共晶高熵合金(EHEA)是一种新型的耐磨金属材料,然而其在水力机械工作环境中的抗磨蚀性能及其定量评估的研究较少。本文设计制造了能够有效加速材料磨蚀过程的喷射磨蚀试验装置,对共晶高熵合金NiCoCrFeNb0.45以及水力机械常用的不锈钢04Cr13Ni5Mo和中碳钢45钢进行了不同冲蚀角度下的加速磨蚀试验,对比分析了共晶高熵合金的抗磨蚀性能。为了进一步探究NiCoCrFeNb0.45的磨蚀规律以及失效机制,本文借助数字图像处理技术,对材料磨蚀图像进行灰度变换、二值化以及小波变换处理,并结合现代数学中的分形理论,提取和分析磨蚀形貌图像的特征值,研发一系列智能、可靠的用于表征金属材料磨蚀损伤积累程度的新方法。主要结果表明:(1)共晶高熵合金NiCoCrFeNb0.45磨蚀失重量低于其他两种材料的2倍以上,表现出优异的抗冲蚀磨蚀性能,其磨蚀量在45°时达到最大值,体现出高延展性材料的磨蚀机制。冲蚀角度较小时,NiCoCrFeNb0.45表面的硬化层形成缓慢,随着冲蚀角度增大,垂直冲击增强,硬化层形成较快,因此磨蚀率随时间发生变化,最后趋于平稳。(2)倾斜冲击时,EHEA的磨蚀机制为沙粒斜向冲击造成的犁削和微切削,切削机制为主导。随着角度的增加,磨蚀机制为沙粒造成的组织形变以及金属小盘的剥落,形变机制为主导。垂直冲击时,试件的宏观轮廓截面呈现出“W”形,这是由于背压效应的影响,沙粒冲击方向发生了偏转。在空蚀试验中,EHEA的空蚀机制主要为流体中空泡瞬间破裂冲击造成的形变凹坑以及疲劳裂纹。(3)图像的灰度值与材料的磨蚀程度具有直接联系,通过数理换算根据二维磨蚀图像还原了三维磨蚀形貌,同时建立了基于灰度变换的磨蚀图像统计特征如能量值、熵和标准差与材料的磨蚀程度定量的数理联系。(4)图像的二值化可实现材料表面的磨痕数量及磨蚀面积的定量识别,同时磨蚀图像的小波分解在不同方向反映出了磨蚀的不同特征,提取子图像的小波系数可进一步评估材料的磨蚀程度。磨蚀图像具有统计意义上的自相似性,因此具有分形特征,通过程序计算发现,分形维数随着磨蚀深度的增加而增加,对于金属的磨蚀程度有很好的评价效果。