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热喷涂耐磨涂层材料应用原理

耐磨损是涂层的一项重要的工程性质。

 磨损是十分复杂的,磨损工况中各因素均影响涂层的耐磨性,例如磨料的硬度、粒度、温度、速度及运动方向;工况的干、湿状态,湿态工况中的酸、碱性及浓度,工况中零件所承受的载荷等等。因此,要获得良好的耐磨性,必须了解磨损工况,掌握磨损特性及其主要机制。

 1、磨损的特性

 磨损是物体相对运动时表面的物质不断损失或产生残余变形的过程,人们习惯于将磨损分为以下几个主要类型。

 (1)磨料磨损(Abrasive Wear)因物料或硬突起物与材料表面相互作用使材料产生迁移的磨损。

(2)凿削磨料磨损通常有较严重的冲击作用,例如聘式破碎机腭板的磨损。

(3)研磨磨料磨损又称高应力碾碎磨料磨损,例如球磨机磨球和衬板的磨损、中速磨辊和磨盘的磨损。

(4)刮伤磨料磨损又称低应力磨料磨损,或称冲蚀或冲刷(Adhesive Wear),例如渣浆泵叶轮和泵壳的磨损、管道的磨损。

(5)腐蚀磨损(Corrosion Wear)伴随有化学和电化学反应的磨损。

(6)粘着磨损(Adhesive Wear)因粘着作用使材料由一种物质的表面转移到另一物质表面的磨损。

(7)疲劳磨损(Fatigue Wear)因循环交变应力引起疲劳使材料脱落的磨损。

(8)微动磨损(Fretting Wear)工件接触面之间频繁的小幅振动和摆动引起的磨损。

(9)高温磨损因工件工作在高温状态下而引起的各种磨损。

 在生产实践中退到的磨损,往往是几种磨损类型同时存在且相互影响,但是总有一种磨损类型及磨损机制起主导作用。因此在分析工件的磨损及耐磨涂层材料选择时,首先要搞清楚具体的工况条件及起主要作用的磨损类型和磨损机制。

 2、材料的耐磨性及其评定方法

 涂层材料的耐磨性是指在一定的摩擦磨损条件下抵抗磨损的能力,通常以磨损率的倒数来表示,即ε=1/W。

 使用中,常将涂层材料与原来采用的材料或标准材料在同一工况条件下进行耐磨性对比,得出相对耐磨性,即

 ε=W/W

 3、耐磨涂层材料的性能要求

 耐磨涂层用于一些具有相对运动的磨损零件上,抵抗磨料磨损、粘着磨损、冲蚀磨损等,主要材料有碳化钨、碳化铬、氧化铝/氧化钛等。例如,钻包碳化钨用在温度不超过 540 ℃的非腐蚀环境中,抵抗磨料磨损和小角度冲蚀磨损,如挤压模、排气扇和燃气轮机叶片上。氧化铝/氧化钛陶瓷涂层可用于温度不超过 550 ℃的酸、碱环境中,抵抗粘着磨损,如纺织纤维导轮上。耐磨涂层一般采用等离子喷涂、超声速火焰喷涂和氧-乙炔喷焊工艺制备。

 4、常用耐磨涂层材料

 采用耐磨涂层的目的就是使涂层硬度高于工件硬度,即涂层的显微硬度与磨料的显微硬度的比值大于0.8。


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