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耐火材料耐磨损性能的影响因素及测量、表征

发布日期: 2021-01-14 15:50:42    阅读量(146)    作者:

耐磨损性能是耐火材料抵抗外界的磨损作用(如:摩擦、冲击和剥落等)的能力。水泥回转窑过渡带、循环流化床锅炉和干熄焦炉冷却段等对耐火材料的耐磨损性能均提出了一定的要求。

1、影响材料耐磨损性能的因素

材料本身的强度、硬度以及致密度,颗粒间的结合强度和微观结构对材料的耐磨损性能具有较大的影响。材料的服役温度对其耐磨损性能也有一定的影响。关于如何改善材料的耐磨损性能,对此大量的研究工作得到了开展。除了提升材料的致密度、降低材料的缺陷以外,其主要研究思路分为以下几个部分:(1)细化晶粒,进而提升材料整体的均匀性;(2)引入增强相,组分复合化形成复相材料;(3)相变增韧。一般来说,相同硬度下,强度高的材料的耐磨损性能能更加优异。

可以通过选择耐磨损性能好的材料、引入硬度高、强度大的第二相和选用合理的颗粒级配等来提升试样的耐磨损性能。

2、耐磨损性能的测量与表征

(1)摩擦磨损几种常见实验

1.滑动摩擦磨损试验:四球试验(图a)、销盘实验(图b)、环块试验(图c)、往复运动销盘试验(图d)。2.磨粒磨损试验(图e)。3.滚动磨损试验,环式滚动试验(图f);滚动四球试验(图g)4.冲蚀磨损试验(图h)。

图1摩擦磨损几种常见实验

(a)四球试验,(b)销盘实验,(c)环块试验,(d)往复运动销盘试验,(e)磨粒磨损试验,(f)环式滚动试验,(g)滚动四球试验,(h)冲蚀磨损试验

(2)称重法

采用精密分析天平称量试样磨损前后的质量变化并计算其质量变化率来对耐磨损性能进行表征。这种方法简单,采用最普遍。

(3)磨损体积计量法

通过测得摩擦前后体积变化来大致计算出材料的磨损量。试样在磨损过程中,随着磨损的进行,试样表面的晶粒会逐渐剥落,进而试样的质量和体积均有所变化,通过测量磨损前后的体积变化来对耐磨损性能进行表征。可以通过光学测微计来测量试样磨损表面的划痕的宽度,采用下列公式计算出试样的磨损体积:

(1)

式中:V-磨损的体积(mm3),R-环样的半径(mm),b-磨痕的宽度(mm),L-磨痕的长度(mm)。

(2)

式中:w-磨损率(mm3/m),V-磨损体积(mm3),D-滑动距离(m)。

3、摩擦磨损的分类和机制

磨损分为腐蚀磨损、磨粒磨损、黏着磨损和疲劳磨损。其机制为切削机制、粘着机制和疲劳机制。

3.1摩擦磨损的影响因素

(1)负载:一般负载越大,磨损越严重(图a)。

(2)转速:一般转速越大,磨损越严重(图b)。

(3)温度:低温磨损主要为疲劳、粘着和剥层机制。高温磨损的主要为氧化、粘着和剥层机制。

(4)磨料浓度:一般磨料浓度越大,磨损越严重(图c)。

图2摩擦磨损的影响因素

(a)负载,(b)转速,(c)磨料浓度

3.2摩擦磨损的研究进展

黄伟九等人对陶瓷工具材料进行研究发现,其具有硬度高,耐磨损性能好,在高温下也拥有良好的化学稳定性,这些都广泛的应用于硬切削和高速切削材料领域,且未来的研究方向是在500nm以下的氧化铝或其他性能优异材料的陶瓷。

Pasaribu等人通过研究添加氧化铜来减少氧化铝和氧化锆陶瓷在工作中进行的磨损时发现,只有在氧化铝和氧化锆掺杂时,CuO才会显著降低摩擦系数,这是在微观结构中,CuO充当了“润滑剂”的作用,从拍摄的SEM图片中可以看出来磨损痕迹形成光滑的片状层。

Belmonte等人研究了SiC晶粒尺寸对Al2O3/SiC复合材料磨损的影响。结果表示,在一般条件下耐磨损性能随着SiC晶粒的增大而增大。

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