风沙环境下钢结构涂层的冲蚀磨损实验研究

摘要

内蒙古中西部地区是我国北方地区沙尘暴高活动区的中心地段，该地区的桥梁、通信塔和输电塔架等钢结构体系表面的涂层受风沙冲蚀严重，涂层破坏后，钢结构表面外露锈蚀，使钢结构体系的耐久性和安全性下降，给国民经济造成了巨大的损失。本文在分析内蒙古中西部地区风沙环境特征的基础上，进行了钢结构涂层性能实验和理论计算分析，研究了钢结构涂层的力学性能、冲蚀磨损性能及摩擦学性能。本研究是国家自然科学基金项目《风沙环境下钢结构涂层侵蚀力学行为及损伤评价研究》（批准号：11162011）和内蒙古自治区自然科学基金项目《风沙环境下钢结构涂层耐久性劣化机理研究》（批准号：2009 MS0706）的一部分，具体研究内容如下：
　　1.对内蒙古中西部地区沙尘暴气象及其冲蚀力学参数进行了分析。基于内蒙古中西部地区的沙尘气象资料，分析了中国沙尘暴的移动路径、内蒙古中西部地区沙尘暴的时空分布特征以及风沙的冲蚀力学参数（风沙流粒子特征、风沙流速度和风沙流浓度）。
　　2.制备了钢结构涂层，测定了钢结构涂层的力学性能。采用喷涂设备，制备了钢结构涂层；采用千分尺测定了钢结构涂层的厚度；利用测定体积和质量的传统方法计算了涂层的密度；采用铅笔硬度法测定了涂层的硬度；利用柔韧性测定仪测定了钢结构涂层的柔韧性；利用附着力等级测定仪测定了钢结构涂层的附着力等级；采用电子拉力机测定了涂层/基材的结合强度。
　　3.利用能模拟内蒙古中西部地区风沙环境冲蚀的气流挟沙喷射法，在不同的冲蚀速度、角度、浓度和时间等风沙冲蚀力学参数下，进行了风沙环境下钢结构涂层的冲蚀实验，研究了钢结构涂层冲蚀磨损失重量在不同风沙冲蚀力学参数下的变化规律，分析其抗冲蚀磨损性能。利用扫描电镜（SEM）观测了钢结构涂层的微观失效表面，分析其冲蚀损伤机理。
　　4.研究了钢结构涂层的摩擦学性能。采用摩擦系数仪测试了钢结构涂层的动、静摩擦系数；采用摩擦磨损仪测试了钢结构涂层的耐磨性；评价了钢结构涂层的摩擦学性能；运用冲蚀率的摩擦学定量预估模型，利用冲蚀实验结果，计算了钢结构涂层的冲击摩擦系数，分析了涂层的冲击摩擦性能。
　　最后，对全文的具体试验研究和理论分析计算进行了总结，并讨论了今后进一步研究的方向。

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第一章 绪论

1.1研究的背景及意义

1.2冲蚀磨损的定义及其影响因素

1.3国内外冲蚀磨损研究现状

1.4涂层的摩擦学研究综述

1.5本文的研究内容

1.6课题的创新点

第二章 内蒙古中西部地区沙尘气象及冲蚀力学参数

2.1沙尘暴的移动路径

2.2沙尘暴的时空分布特征

2.3风沙的主要冲蚀力学参数

2.4本章小结

第三章 钢结构涂层的制备及其物理力学性能测定

3.1钢结构涂层的制备

3.2钢结构涂层的物理力学性能指标的测定

3.3本章小结

第四章 风沙环境下钢结构涂层的冲蚀实验研究

4.1实验方法及实验装置

4.2风沙冲蚀磨损性能的评价方法分析

4.3风沙流冲蚀力学参数的分析及设置

4.4钢结构涂层冲蚀磨损实验研究

4.5本章小结

第五章 钢结构涂层的摩擦学性能分析

5.1摩擦学的基本概念

5.2钢结构涂层的摩擦性能分析

5.3沙粒子对钢结构涂层表面的冲击摩擦研究

5.4本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

在读期间取得的科研成果