结构陶瓷的冲蚀磨损性能研究

【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】 冲蚀磨损是矿山、冶金、电力、水利等工业生产中过流部件普遍存在的失效形式,工业生产中大量使用的金属耐磨材料,如高铬铸铁、高锰钢和不锈钢等不能满足服役要求。结构陶瓷材料具有高强度、高硬度、高韧性、耐磨、耐腐蚀等一系列的优异性能,如何用先进陶瓷材料部分或全部代替上述金属材料是材料研究工作者的一个重要课题。本文采用旋转转盘式液/固双相流冲蚀磨损试验机,以目前泵类工业应用较好的Cr15Mo3高铬铸铁为对比材料,研究了α-Al₂O₃、ZTA、Si₃N₄三种结构陶瓷材料的抗冲蚀磨损性能,分析了试验材料冲蚀磨损微观失效行为。结果表明:Si₃N₄、、ZTA、α-Al₂O₃陶瓷材料的抗冲蚀磨损性能分别为Cr1₅Mo₃的21.8、8.2和5.6倍;陶瓷材料的冲蚀磨损率与材料韧性的四次方成反比,与材料强度也成反比,陶瓷材料韧性和强度是影响其抗冲蚀磨损性能的重要因素,硬度不是主要因素。冲蚀磨损后微观上Cr15Mo3整体材料去除多,冲蚀、腐蚀坑明显,失效形貌呈"W"型;Al₂O₃、ZTA材料主要是晶界粘结相失去多,晶粒裸露,但晶粒无破碎和裂纹产生,失效形貌呈"U"型,Si₃N₄材料晶界粘结相失去少,冲蚀磨损表面光滑。更多还原