不同冲蚀角度对ZTA结构陶瓷冲蚀磨损性能的影响

【作者】 鲍崇高； 潘伟； 苗赫濯； 齐龙浩；

【机构】 清华大学深圳研究生院； 西安交通大学材料科学与工程学院；

【摘要】 液/固双相流过流部件的冲蚀磨损是一个具有复杂多变性和环境依赖性的动态过程,材料的冲蚀磨损性能同粒子的冲蚀角度有密切关系。本研究以冲蚀磨损工况典型应用材料Cr15Mo3高铬铸铁为对比材料,研究了不同冲蚀角度(0°、30°、45°、60°和90°)对氧化锆增韧氧化铝(ZTA)抗冲蚀磨损性能的影响,分析了试验材料冲蚀磨损微观失效机制。结果表明:冲蚀角度对试验材料冲蚀磨损体积损失的影响规律是一条类似"N"形曲线,两个拐点分别处于45°和60°,90°冲蚀角度时试验材料的冲蚀磨损体积损失最大;相同冲蚀角度条件下,ZTA陶瓷的抗冲蚀性能约是Cr15Mo3的6~8倍;微观失效形貌分析表明,随着冲蚀角度的增大,因冲击引起的对材料表面损伤作用增加,水平方向的切削磨损作用减少;冲蚀角度为45°时,由于材料表面受到一定的切削破坏和冲击磨损共同促进作用,使得试验材料冲蚀磨损体积损失达到极大值,Cr15Mo3材料的基体出现许多微裂纹和碳化物剥落,因裂纹扩展导致出现长裂纹,ZTA陶瓷由于大量的晶界粘界相流失,也造成晶体颗粒脱落,两种试验材料的冲蚀磨损失效严重。在冲蚀角度为90°时,因垂直冲击对材料失效起主要作用,Cr15Mo3材料表面出现较多的冲蚀坑,碳化物剥落、破碎严重,ZTA陶瓷则由于压印破碎机制产生冲蚀坑,导致裂纹扩展和交叉,晶体颗粒破碎脱落,该冲蚀角度下两种试验材料的冲蚀磨损失效最严重。更多还原