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耐火材料耐磨損性能的影響因素及測量、表征

發布日期: 2021-01-14 15:50:42    閱讀量(142)    作者:

耐磨損性能是耐火材料抵抗外界的磨損作用(如:摩擦、沖擊和剝落等)的能力。水泥回轉窯過渡帶、循環流化床鍋爐和干熄焦爐冷卻段等對耐火材料的耐磨損性能均提出了一定的要求。

1、影響材料耐磨損性能的因素

材料本身的強度、硬度以及致密度,顆粒間的結合強度和微觀結構對材料的耐磨損性能具有較大的影響。材料的服役溫度對其耐磨損性能也有一定的影響。關于如何改善材料的耐磨損性能,對此大量的研究工作得到了開展。除了提升材料的致密度、降低材料的缺陷以外,其主要研究思路分為以下幾個部分:(1)細化晶粒,進而提升材料整體的均勻性;(2)引入增強相,組分復合化形成復相材料;(3)相變增韌。一般來說,相同硬度下,強度高的材料的耐磨損性能能更加優異。

可以通過選擇耐磨損性能好的材料、引入硬度高、強度大的第二相和選用合理的顆粒級配等來提升試樣的耐磨損性能。

2、耐磨損性能的測量與表征

(1)摩擦磨損幾種常見實驗

1.滑動摩擦磨損試驗:四球試驗(圖a)、銷盤實驗(圖b)、環塊試驗(圖c)、往復運動銷盤試驗(圖d)。2.磨粒磨損試驗(圖e)。3.滾動磨損試驗,環式滾動試驗(圖f);滾動四球試驗(圖g)4.沖蝕磨損試驗(圖h)。

圖1摩擦磨損幾種常見實驗

(a)四球試驗,(b)銷盤實驗,(c)環塊試驗,(d)往復運動銷盤試驗,(e)磨粒磨損試驗,(f)環式滾動試驗,(g)滾動四球試驗,(h)沖蝕磨損試驗

(2)稱重法

采用精密分析天平稱量試樣磨損前后的質量變化并計算其質量變化率來對耐磨損性能進行表征。這種方法簡單,采用最普遍。

(3)磨損體積計量法

通過測得摩擦前后體積變化來大致計算出材料的磨損量。試樣在磨損過程中,隨著磨損的進行,試樣表面的晶粒會逐漸剝落,進而試樣的質量和體積均有所變化,通過測量磨損前后的體積變化來對耐磨損性能進行表征??梢酝ㄟ^光學測微計來測量試樣磨損表面的劃痕的寬度,采用下列公式計算出試樣的磨損體積:

(1)

式中:V-磨損的體積(mm3),R-環樣的半徑(mm),b-磨痕的寬度(mm),L-磨痕的長度(mm)。

(2)

式中:w-磨損率(mm3/m),V-磨損體積(mm3),D-滑動距離(m)。

3、摩擦磨損的分類和機制

磨損分為腐蝕磨損、磨粒磨損、黏著磨損和疲勞磨損。其機制為切削機制、粘著機制和疲勞機制。

3.1摩擦磨損的影響因素

(1)負載:一般負載越大,磨損越嚴重(圖a)。

(2)轉速:一般轉速越大,磨損越嚴重(圖b)。

(3)溫度:低溫磨損主要為疲勞、粘著和剝層機制。高溫磨損的主要為氧化、粘著和剝層機制。

(4)磨料濃度:一般磨料濃度越大,磨損越嚴重(圖c)。

圖2摩擦磨損的影響因素

(a)負載,(b)轉速,(c)磨料濃度

3.2摩擦磨損的研究進展

黃偉九等人對陶瓷工具材料進行研究發現,其具有硬度高,耐磨損性能好,在高溫下也擁有良好的化學穩定性,這些都廣泛的應用于硬切削和高速切削材料領域,且未來的研究方向是在500nm以下的氧化鋁或其他性能優異材料的陶瓷。

Pasaribu等人通過研究添加氧化銅來減少氧化鋁和氧化鋯陶瓷在工作中進行的磨損時發現,只有在氧化鋁和氧化鋯摻雜時,CuO才會顯著降低摩擦系數,這是在微觀結構中,CuO充當了“潤滑劑”的作用,從拍攝的SEM圖片中可以看出來磨損痕跡形成光滑的片狀層。

Belmonte等人研究了SiC晶粒尺寸對Al2O3/SiC復合材料磨損的影響。結果表示,在一般條件下耐磨損性能隨著SiC晶粒的增大而增大。

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