B4C/(W,Ti)陶瓷噴砂嘴沖蝕磨損機理

根據(jù)噴砂工作原理和噴槍結(jié)構(gòu)特征建立了引射段的自由射流模型。以一種具體噴槍結(jié)構(gòu)參數(shù)為計算對象,研究了噴砂嘴從入口截面至出口處的流場性質(zhì)和變化過程。并在此基礎(chǔ)上分析了流場對磨料運動和沖蝕磨損的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):部分磨料對噴砂嘴入口端面材料造成接近垂直角度的撞擊;入口段沖蝕角較大使磨損嚴(yán)重;沿著順流方向沖蝕磨損率減小;在出口處形成的射流擴散角使沖蝕角有所增大,導(dǎo)致出口磨損嚴(yán)重。與實驗結(jié)果進行比較,發(fā)現(xiàn)兩結(jié)果吻合,證明了該理論分析的正確性。

以氣固兩相流理論為基礎(chǔ),結(jié)合陶瓷噴砂嘴沖蝕磨損實驗中得到的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)結(jié)果,研究了噴砂嘴沖蝕磨損行為和影響因素,為陶瓷噴砂嘴的耐磨結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了動力學(xué)理論支持。

陶瓷噴砂嘴比４０ｃｒ材質(zhì)噴砂嘴使用壽命提高３０～４０倍，并減輕工人勞動強度、提高生產(chǎn)效率、降低產(chǎn)品成本。

sic陶瓷材料因其具有良好的耐磨、耐沖刷、耐腐蝕等優(yōu)異的特性,被廣泛應(yīng)用機械、化工等行業(yè)。本文采用雙向加壓的壓制成型方法,通過無壓燒結(jié),成功的研制了在高耐磨、耐沖刷環(huán)境下所使用的噴砂機用噴砂嘴。

新型陶瓷噴砂嘴研制成果簡介馬南鋼，郎靜（武漢交通科技大學(xué)船機系）“新型陶瓷噴砂嘴的研制”是武漢交通科技大學(xué)應(yīng)中國石油化工總公司岳陽石油化工總廠新材廠的要求而研制的。其中“活化燒結(jié)高硬度結(jié)構(gòu)陶瓷研究”被列為１９９５年湖北省高?？蒲兄笇?dǎo)性計劃項目。新型陶...

根據(jù)噴砂工作原理和噴槍結(jié)構(gòu)特征建立了引射段的自由射流模型,并以一種具體噴槍結(jié)構(gòu)參數(shù)為計算對象,利用有限元軟件cfx進行流場模擬分析,在此基礎(chǔ)上研究了陶瓷噴砂嘴內(nèi)的流場各種特性及其對沖蝕參數(shù)的影響,為進一步的研究陶瓷噴砂嘴的沖蝕磨損機理提供了重要的理論依據(jù)。

分析了噴砂嘴材料和結(jié)構(gòu)的發(fā)展情況,采用熱壓燒結(jié)工藝制備出了b4c/(w,ti)c新型陶瓷噴砂嘴,結(jié)果表明隨(w,ti)c含量的增加,陶瓷噴嘴材料的致密度顯著增加,晶粒顯著細化,保溫時間大大縮短,抗彎強度和斷裂韌性大大提高;以sic為沖蝕磨料進行的噴砂沖蝕試驗證明了新型陶瓷噴砂嘴的抗沖蝕磨損能力遠高于金屬、硬質(zhì)合金和其它陶瓷噴嘴。

根據(jù)噴砂工作情況和一種具體陶瓷噴砂嘴結(jié)構(gòu),建立了單粒子沖蝕模型,利用有限元軟件模擬陶瓷噴砂嘴沖蝕過程,研究了噴砂嘴材料在沖蝕過程中的破壞狀態(tài)以及不同時刻的應(yīng)力、能量分布情況,為進一步研究陶瓷噴砂嘴沖蝕磨損的動態(tài)過程及沖蝕磨損機理提供了有力依據(jù)。

噴砂用的噴砂嘴,目前大多數(shù)工廠都采用鋼制的,少數(shù)工廠采用陶瓷制的。但這兩種噴砂嘴使用壽命一般都較短,很不理想。我廠原是采用t10a鋼制噴砂嘴,經(jīng)下料、車、熱處理、氧化后就可安裝使用。熱處理后的硬度在hrc60～64之間,每件造價2.4元,使用壽命3～4小時,由于在高速砂流的作用下,內(nèi)孔逐漸磨損變大或成喇叭口而不能

沖蝕磨損的特點是由于固體顆粒連續(xù)的沖擊造成材料表面的連續(xù)損傷。這種類型的磨損影響眾多的行業(yè)，如發(fā)電、采礦和固體的氣動輸送等。通常，最不利的情況發(fā)生在有沖蝕和氧化兩者相結(jié)合的情況下，特別是在高溫情況下。為了盡量減少沖蝕磨損所造成的損傷，許多研究者建議使用更好的塊裝材料或表面涂層，最好是金屬陶瓷的涂層。很多研究人員已進行了實驗研究，

在機械制造工廠中,清理各種材料或零件的表面多采用噴砂的方法。噴砂機前的噴嘴是用生鉄澆鑄出來的。噴砂時,具有4～5個大氣壓的壓縮空氣強力吹著砂子經(jīng)過噴嘴噴射出來,使得金屬噴嘴迅速地磨損。一般金屬噴嘴壽命只有30～60分鐘,所以要經(jīng)常拆換,增加生產(chǎn)成本。

作者通過掃描電鏡觀察、磨屑分析、磨損面次表層硬度分析、增量沖蝕磨損法以及沖蝕磨損的準(zhǔn)動態(tài)觀察等多種分析方法對幾種鋼和純金屬在低角下的沖蝕磨損機理進行了深入的研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn):對于延性比較大的金屬材料,磨損初期主要是發(fā)生塑性變形,形成壓坑與變形唇,繼之,度形唇被反復(fù)地前擠后壓,終以小塊剝落而磨損。延性比較小的材料則更多地產(chǎn)生微切削磨損。

以沖蝕磨損工況下的泵用材料cr15mo3高鉻鑄鐵為對比材料,采用轉(zhuǎn)盤式液-固雙相流試驗機研究了系列α-al2o3結(jié)構(gòu)陶瓷(90瓷、95瓷、99瓷)的耐沖蝕磨損性能及微觀失效機制.結(jié)果表明:在不同磨粒硬度試驗條件下,cr15mo3的沖蝕磨損率均比α-al2o3結(jié)構(gòu)陶瓷的高4～6倍,且隨著磨粒硬度的增加,cr15mo3的沖蝕磨損率增加幅度更大;α-al2o3結(jié)構(gòu)陶瓷的沖蝕磨損體積隨磨料含量的增加略有增加,但在相同磨粒硬度試驗條件下相差不大,因此該工況下可使用90瓷或95瓷,從而提高應(yīng)用材料的性價比;cr15mo3的微觀失效有明顯的方向性和腐蝕痕跡,主要以微切削、犁溝和沖蝕坑等形式為主,而α-al2o3結(jié)構(gòu)陶瓷的失效主要是晶界玻璃相失去,有少量沖蝕坑和晶粒剝落痕跡,迅速增加徑向和橫向斷裂表面能是其主要耗能方式.

以帶有玻璃涂層的氧化鋁微粉、小尺寸板晶(樣板晶)和釔穩(wěn)定四方氧化鋯(3y-tzp)微粉為原料,在常壓下通過樣板晶生長制備了氧化鋁板晶體積分?jǐn)?shù)為50%的y-tzp/氧化鋁(板晶)復(fù)相陶瓷。采用砂漿噴射裝置,砂漿流速為10~40m/s,沖擊角為90°~15°,對比研究了該復(fù)相陶瓷和3y-tzp陶瓷的砂漿沖蝕磨損。結(jié)果表明,2種材料的磨損率在75°~60°之間均出現(xiàn)最大值。磨損率大小受到材料自身硬度的影響,磨損率值隨著砂漿流速的增加而增加。

本研究成功地以放電等離子燒結(jié)方法將w和ti3sic2塊體連接,得到界面結(jié)合良好、組織均勻、晶粒細小、沒有明顯缺陷的界面組織,通過生成以wc和w2c為主的過渡層,連接界面形成了冶金結(jié)合,為陶瓷與金屬材料的連接提供了一條新途徑。

利用搪瓷涂層的制備工藝在q235a鋼表面制備al2o3-瓷釉復(fù)合陶瓷涂層,研究了瓷釉粒度、al2o3陶瓷顆粒的粒度和體積分?jǐn)?shù)對復(fù)合涂層耐沖蝕磨損性能的影響。結(jié)果表明:過渡層原料瓷釉粒度為16μm時獲得涂搪性較好;硬質(zhì)耐磨相的加入可顯著提高復(fù)合涂層的耐沖蝕性能;本實驗中在45°沖蝕角、15mpa沖蝕氣壓、2.2kg沖砂量的沖蝕實驗條件下al2o3粒度為50μm、體積分?jǐn)?shù)為30%時涂層具有很好的耐沖蝕性,是無硬質(zhì)相搪瓷層的4倍。

大唐韓城發(fā)電廠4號鍋爐中間貯倉式制粉系統(tǒng)排粉機葉輪磨損嚴(yán)重,通過分析比較,提出在原葉輪葉片上襯裝耐磨陶瓷的方案。實施后,效果明顯,大大延長了排粉機葉輪的使用壽命,節(jié)約了費用,同時也縮短了檢修維護周期,減少了維護工作量。

采用超音速火焰噴涂技術(shù)噴涂不同工藝的兩種粉末,得到cr3c2-25nicr和wc-12co涂層;對涂層的沖蝕磨損性能進行了測試;采用掃描電鏡對原始粉末以及沖蝕前后涂層的組織形貌進行了觀察。結(jié)果表明,團聚燒結(jié)粉制備的涂層組織較致密。粘結(jié)相含量較多的涂層,其沖蝕磨損性能較差;致密度較高的涂層,其沖蝕磨損性能較好。

分別采用al_2o_3與y_2o_3為殼型面層材料,離心鑄造了ti46al1b(原子分?jǐn)?shù),%)合金閥門鑄件,通過sem,xrd以及氣體分析等方法,確定殼型內(nèi)表面物相組成、鑄件與殼型反應(yīng)層厚度以及合金的進氧情況,分析了殼型材料與ti46al1b合金的反應(yīng)機理.結(jié)果表明,y_2o_3和al_2o_3殼型與合金的反應(yīng)層厚度分別約為90和170μm,使用y_2o_3殼型時鑄件進氧少,其熱力學(xué)穩(wěn)定性好于al_2o_3殼型,與熱力學(xué)計算結(jié)果相符.y_2o_3殼型比al_2o_3殼型更適合鑄造ti46al1b閥門.

本文對磨噴油嘴陶瓷結(jié)合劑ｃｂｎ砂輪的制備及應(yīng)用進行了研究，制定了適宜的陶瓷結(jié)合劑ｃｂｎ砂輪的制備條件。所研制的陶瓷結(jié)合劑ｃｂｎ砂輪磨削性能好，生產(chǎn)效率高，使用壽命長，加工工件質(zhì)量高，能很好地滿足噴油嘴的加工要求，且性能價格比優(yōu)于普通砂輪和進口陶瓷結(jié)合劑ｃｂｎ砂輪。

針對純水液壓柱塞泵工況,研究了滴水潤滑條件下五種等離子陶瓷涂層和整體燒結(jié)氧化鋁配對的摩擦磨損情況,考察了摩擦系數(shù)和試環(huán)的磨損量隨時間的變化規(guī)律,利用sem、x射線能量色散譜儀等設(shè)備觀察和分析了磨損表面的形貌和化學(xué)元素組成。

選用cu,nb,mo箔中間層,在特定的焊接參數(shù)條件下對ti(c,n)基金屬陶瓷/40cr鋼接頭進行了釬焊試驗,分析比較了中間層與釬料的不同匹配對抑制裂紋形核及擴展的影響。結(jié)果表明,中間層cu能有效釋放接頭殘余應(yīng)力,防止接頭產(chǎn)生裂紋;中間層nb易溶解并聚集成帶狀,并在該帶狀組織與釬縫界面萌生裂紋;中間層mo的減應(yīng)效果較差。影響ti(c,n)基金屬陶瓷/40cr鋼釬焊接頭殘余應(yīng)力的因素很多,應(yīng)綜合考慮各因素才能達到有效降低接頭應(yīng)力的目的。