不同粒径下涂层对材料抗磨蚀性能影响试验研究

摘要

水力机械磨蚀问题不可避免。生态环境脆弱、河流多泥沙的地理环境决定了我国水力机械磨蚀问题尤为突出和严重，每年因磨蚀破坏带来的经济损失不可估量。基于以上原因，本文利用搭建的旋转喷射磨蚀试验装置对水力机械过流部件常用四种材料16Mn、45#、ZG20SiMn以及A型高锰钢进行不同沙粒粒径下磨蚀试验，探究不同沙粒粒径对水力机械过流部件磨蚀的破坏规律及失效形式；其次对这四种材料分别喷涂氧化铝陶瓷（Al2O3）、镍基合金（Ni60）、碳化钨（WC）、钴铬钨（CoCrW）涂层并进行相关抗磨试验，借助扫描分析仪器对磨蚀形貌进行观察，对其抗磨性能进行分析研究。 试验结果表明：（1）粒径小于0.349mm时试件累计磨蚀失重与试验时间成线性关系，粒径0.349mm以上时材料累计磨蚀失重随时间的增大满足一种高斯函数的非线性增加；（2）沙粒粒径变化引起水力机械材料磨蚀失效行为变化，粒径为0.043mm时对试件表面造成的磨蚀破坏主要为沙粒的垂直冲击磨损与空蚀，无明显水平方向的切削磨损。沙粒粒径较大时对试件表面的磨蚀破坏以水平方向的切削磨损和空蚀破坏联合为主，并伴有一定量垂直冲击磨损；（3）45#钢抗磨蚀性能相对较好，16Mn与ZG20SiMn相对次之，未经固溶处理的A型高锰钢板相对较差；（4）Al2O3陶瓷涂层硬度较高具有较强耐磨性，但其涂层之间及涂层与基体之间结合强度不高，涂层孔隙率过大，造成在冲击磨损过程中出现涂层的脱落现象，导致涂层失效未能起到抗磨蚀效果，因此Al2O3陶瓷涂层不适用于非接触式冲击磨损；（5）WC涂层具有较好抗磨作用，但因喷涂过程中易发生相变产生W2C及W，导致晶界出现裂纹，在高速含沙水流的冲击作用下出现脱落造成失重损失，本次试验过程中其失重略大于没有喷涂抗磨涂层的基体试件；（6）Ni60及CoCrW涂层与试件基体结合良好,涂层表面未出现裂纹及凹坑，涂层硬度较基体有较大提高，在高速含沙水流的冲击作用下未对涂层造成严重破坏，因而都具备较好的抗磨蚀效果，其中CoCrW涂层对四种试件抗磨蚀作用最为明显,通过喷涂CoCrW涂层可以将试件磨蚀失重降低至一半及以下，能够较大程度提高设备抗磨蚀性能达到延长设备使用寿命的目的。

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