高温冲蚀磨损测试方法及机理的研究概述

第３９卷第４期

２００８年７月

锅

ＢｏＩＬＥＲ

炉技术

ＴＥＣＨＮ（）ＬＯＧＹ

Ｖ０１．３９．Ｎｏ．４

Ｊｕｌ＿，２００８

文章编号：

ＣＮ３１—１５０８（２００８）０４一００６２—０６

高温冲蚀磨损测试方法及机理的研究概述

冯艳玲，魏

琪，李

辉，栗卓新

（北京工业大学材料学院，北京１００１２４）

关键词：摘

要：

高温冲蚀磨损；测试方法；冲蚀机理

高温冲蚀磨损是工业生产中常见的一种破坏形式，如电站燃煤锅炉受热管面的冲蚀磨损造成管壁

减薄严重，每年因“爆管”或停炉维修造成巨大的经济损失，因此倍受世界诸多研究者的关注，为防止或减少冲蚀磨损危害，许多研究者对冲蚀磨损机理及测试方法进行了大量的研究，将对近些年来此方面的部分研究情况进行综述。

中图分类号：

ＴＫ２２４．９

文献标识码：

Ｂ

１

前言

磨损试验机及不同磨损率测试方法，并详细分析了目前的各种冲蚀磨损理论。

冲蚀磨损是材料破坏的主要磨损形式之一，约占工业生产中磨损破坏总数的８％，它是指流体或固体粒子以松散的小颗粒按着一定的速度和角度对材料表面进行冲击所造成的磨损。高温冲蚀磨损破坏尤为严重，直升飞机发动机也因吸入尘埃引起冲蚀而使其寿命缩短９０％，还有火箭喷管喉衬、用粉煤作燃料的燃气涡轮发动机等都遭受严重的高温冲蚀磨损的破坏，电站燃煤锅炉管道事故的三分之一以上是由冲蚀磨损引起的，尤其近年新发展起来的循环流化床锅炉，其受热面的高温磨蚀问题相当严重，因冲蚀产生的漏管、爆管事故时有发生，停炉维修造成了巨大的经济损失。

许多国家很早就对冲蚀磨损进行了大量研究，在冲蚀磨损机理和相应的防护技术及材料开发上都积累了很多研究成果。而我国这方面的研究起步较晚，尤其对高温情况下的冲蚀试验方法和设备都还不够完善，在设计抗冲蚀磨损涂层时仍沿用传统常温下的磨粒磨损测试，并不能模拟高温冲蚀真实的工况。开发与实际工况相符的高温冲蚀磨损测试装置，有助于研究人员认识高温下材料冲蚀磨损的机理，为开发先进的抗冲蚀磨损涂层提供技术保障，具有十分迫切的现实意义。本文将概述国内外研制的各种高温冲蚀

收穑日期：２００８一０１—２３；修回日期：２００８一０３—２４

２高温冲蚀磨测试装置及方法

为评价材料的抗冲蚀磨损性能，各国科研工作者研制许多不同类型的固体粒子冲蚀磨损试验设备，根据冲蚀粒子获得的速度的方式可以分为以下４种类型：２．１气流喷砂式

气流喷砂式是利用压缩气体，使磨粒在气流的带动下形成一定含砂量的风砂流对试样进行冲蚀。它是目前最常用的试验方法，其冲蚀参数容易控制，操作方便。美国材料试验协会（ＡＳＴＭ）提出气流喷砂式冲蚀的设备和试验方法标准（Ｇ７６—８３），给从事材料冲蚀研究和测试的技术人员提供了参考。

此类设备最具有代表性的是加州大伯克利分校Ｌａｗｒｅｎｃｅ实验室设计使用的立式装置，如图１所示。此设备的特点是用电磁震动式送料器将冲蚀粒子加入主气流中。为使粒子达到一定速度并保持气流压力稳定，在喷嘴前设有一长的直管。而且粒子速度可以通过气流加以调节，采用双转盘法测定喷嘴出口处的粒子速度。这种测速装置结构简单，如图１右所示，在第一盘上设置一狭缝。当盘不旋转时，由喷嘴射出的砂粒可通过此缝在第二盘上冲蚀出一个标记。随

基金项目：北京市教委科技发展项目（ＫＭ２００６１０００５０２６，ＪＰ００９０１２２００８０３）

作者简介：冯艳玲（１９８２一），女，北京工业大学硕士研究生，主要从事电站锅炉热喷涂防护涂层方面研究．

万方数据　

第４期冯艳玲，等：高温冲蚀磨损测试方法及机理的研究概述

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后以高速旋转此同轴的双盘，继续作冲蚀，便可以在第二盘后得到第二个标记。如两盘相距为Ｌ，两冲蚀标记间的弧度为Ｓ，弧半径为Ｒ，转盘的角度为叫。则粒子速度为：

Ｕ＝２根乩／Ｓ

醋ｎ国ｌ

藏

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排出

口

图１

加州大伯克利分校气流喷砂式冲蚀设备

目前，我国使用较广的高温冲蚀设备是装甲兵工程学院研制的ＧＷ／ＣＳ—ＭＳ型垂直气一砂喷射式高温冲蚀磨损试验装置［１］，参照ＡＳＴＭＧ７６—９５标准进行设计，如图所示２。其特点是在大气气氛下，利用压缩气体携带磨粒对试样进行冲蚀，试样采用热电偶进行加热；冲蚀环境模拟电站锅炉受热面所受的高温冲蚀磨损的实际工况。

１０

ｌ

１一砂量调节杆；２一砂斗；３一进砂管１４一电阻炉；５一砂气混合室；６一排气

管；７一试样；８一载气预热管；９、１１一热电偶；１０一喷管图２

ＧＷ／ＣＳ—ＭＳ高温冲蚀装置结构示意图

浙江大学的刘少光于上世纪９０年代初设计并制造了一种循环式高温冲蚀磨损试验机，整个试验装置为全密封系统，采用罗茨风机提供风

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方数据力，通过控制风机转速调节送风量来控制砂粒速度，试验中选用一定比例的Ｃ０。和Ｎ：作为烟气在系统中循环。此设备与燃煤锅炉省煤器管道的实际工作条件对应性好，试验数据能确切反映实际情况，但是，该试验装置过于复杂，制造成本很高，试验周期较长，运行费用也相当大［２］。因此，该作者在综合比较国内外不同结构的高温冲蚀磨损试验装置的优缺点后，又设计出增压式分段加热高温冲蚀试验设备，它由加热系统、送风系统、混合系统、冲蚀系统、控制系统五部分组成，如图３所示。

图３增压式分段加热高温冲蚀试验设备

该高温加热器结构形式为卧式圆筒加热炉，增压式加料器由元缝钢管焊接而成，其入口装有加料密封阀门，出口有出料阀门，筒壁接入压缩空气。采用分段加热方式分别对冲蚀气流和试样加热，不仅温度控制和调节方便、准确，而且结构简单，试样可为块状或管状形式。

上述喷砂型冲蚀试验机的缺点是气砂混合不易均匀；粒子速度与气流速度有明显偏离且粒子速度不易控制；每次冲蚀试验只允许放一个试样。因此，试验效率比较低，而且无法较好地在同条件下实现对不同攻角、不同材料的样品进行冲蚀对比。

２．２真空自由落砂式

真空自由落砂式是利用重力使粒子作自由落体运动产生的动能对试样进行冲击。真空中

粒子不受阻力的影响，而且试样不会被氧化。磨

料的冲击速度不需要用双盘测速仪或激光测速

仪等复杂仪器测定，可直接计算。磨料的流量和与试样碰撞时的能量，以及测定材料高温耐磨性的试验过程中的试样温度均可以精确测定和控制，可以模拟工业窑炉衬里耐火材料受冲蚀磨损工矿。但要使粒子下落的速度足够大，输送砂粒的导管至少需要１１ｍ，这在一般实验室里很难做到。

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锅炉技术

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２．３旋臂式

旋臂式冲蚀设备兼备喷砂及自由落砂式试验机的特点，即磨粒自由下落与安放在旋转臂上高速转动的靶材碰撞产生冲蚀的设备。较完整的旋臂式冲蚀试验机是由Ｇ．Ｐ．Ｔｉｌｌｙ等人研制成功的。为了消除气流流动对磨料冲蚀作用的影响，这台试验机在负压下工作。定量的磨料从送料孔中仔细注入试验空腔。粒子下落时正对准样品的被冲蚀面进行冲蚀。我国西安交通大学于１９８４年建立了一台旋臂式冲蚀试验机，如图４所示。

郑州大学对旋臂式冲蚀设备进行了结构设计与改进［４］。采用槽轮给料装置，如图５所示，磨料下落量连续可调。配以不同种类和粒度的磨料，进而构成冲蚀磨损的试验条件。试样旋转电机和给料电机为直流电机，采用脉宽调制调速、光电测速、ＰＩＤ自动调节系统控制速度，使冲击速度和给料速度的精度提高。

此类冲蚀试验机可以用来模拟一些机械部件，如涡轮机叶片的冲蚀破环情况。但此类冲蚀磨损试验机设备复杂，颗粒的流量和速度不易稳定，测量结果重现性不好。且此类设备用于材料高温耐磨性测量时，给样品的温度的稳定性和精确测定都带来很大的困难。２．４离心式

１一电机；２一主轴；３一试样座１４一转盘；５一抽气口｝６一料斗；

７一观察窗；８一漏斗

图５冲蚀磨损试验机结构简图

离心式冲蚀设备是利用高速转盘旋转时的离心力加速于盘表面上的磨粒，使之与靶材表面产生冲蚀的装置。第一台离心式冲蚀试验机诞生于１９５５年，比较新式的离心式冲蚀设备是日本Ｔｏｋｙｏ大学研制的高温离心式冲蚀测试装置‘４｜，该设备是根据瑞典Ｕｐｐｓａｌａ大学索得柏格（Ｓｏｄｅｒｂｅｒｇ）等提出的原理制成，如图６所示：图６高温离心冲蚀试验装置结构图。

图４旋臂式冲蚀试验机示意图

旋臂式真空冲蚀设备与最常用的大气喷砂试验机之间的差别表现为旋臂试验机中样品上承受离心力；磨料无气动特性的影响，冲击时发生的高温不会因气流流动而降低；真空下试样不易氧化。

旋转喷管加热器试样孔洞电机

喷管

箱体

（ａ）离心冲蚀装置原理图㈣装置主要部分结构示意图

图６高温离心冲蚀试验装置结构图

万方数据　

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在转盘上沿径向均匀安装４条管状喷嘴，冲损率。

蚀粒子从转盘的中心加入，并进入管状喷嘴中，３．２体积磨耗测量法

冲蚀磨粒在管状喷嘴中被旋转离心力加速，最后体积磨耗测量法也就是按试验前后的体积从喷嘴出口甩出以一定速度冲击试样。冲蚀试变化计算磨损率的方法。通过采用表面轮廓仪样为管状试样，将筒式加热器放置于试样管内对来测定磨损前后形貌的差别来计算体积损失。试样进行加热，可以得到的冲蚀磨损数据代表不用轮廓仪的划针划出每隔一定宽度相互平行的同冲蚀角度的综合值。

轨迹，然后求出磨痕的最大直径和深度，并计此类设备的特点是很容易通过改变旋转喷算相应的体积。通过材料的密度可以转化为质管的速度来调整粒子的冲蚀速度；一次试验可以量的变化。Ｔｏｈｏｋｕ大学使用如图７所示的体放置多个试样，并且试样的温度可以单独控制。积测量仪并配用计算机分析软件进行三维数学这样，可以在一次试验过程中得到不同温度条件建模见图８来测定冲蚀试样体积变化来计算冲下的冲蚀数据，缩短了试验周期。如果将装置的蚀率。

主要部件置于一个密闭的容室中可以测试腐蚀气氛或保护气氛下的冲蚀磨损。此类装置的测试环境与燃煤电厂锅炉的腐蚀环境相符。但是，粒子的运动轨迹、攻角、粒子流量等各种参数需要根据试验条件加以计算。

３高温冲蚀磨损率的测定

材料的冲蚀磨损率是评定材料耐冲蚀性能好与坏的标准，目前测量材料冲蚀磨损率的方法主要有２种：质量磨耗测量法、体积磨耗测量法。３．１质量磨耗测量法

质量磨耗测量法即失重法，它通过测量冲蚀前后材料质量的变化来计算冲蚀率的方法。是图７测量试样磨损深度设备示意图

目前使用最多的一种测定冲蚀率的方法。但是，高温下由于氧化增重的影响，直接测量材料的失重显然不科学。大多数高温冲蚀试验中，以缩短冲蚀测试时间来避免材料受高温氧化的影响，有的仅用几分钟甚至几秒钟完成冲蚀过程，Ｎｅｉｌｓｏｎ及Ｇｉｌｃｈｒｉｏｔ指出：在发生冲蚀前，有一个短暂的孕育期。如果冲蚀时间过短，达不到冲蚀的目的‘５｜。

装甲兵工程学院采用非冲蚀试样表面渗铝的方法来减小因高温氧化带来的测量误差，但此方法也不能进行长时间的冲蚀。上海交通大学等采用通入氮气、氩气等惰性保护气体或抽真空的方式来避免高温氧化，但是此方法成本较高，图８测厚仪对冲蚀试样建立三维模型而且这种纯冲蚀环境与实际冲蚀一氧化工况不相符。

４冲蚀磨损的基本理论

Ｖ．Ｈｉｇｕｅｒａ认为：相同条件（温度、环境）下，氧化试验中的氧化增重的量与高温冲蚀试验中自１９５８年第一个冲蚀理论一微切削理论问因氧化增重的量相等［６］。因此，他在计算高温冲世以来啪，研究者们提出了一系列关于冲蚀的模蚀率时考虑到了氧化增重的影响，得出净冲蚀磨

型，力图解释或预测材料的冲蚀行为，但到目前

万　

方数据

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为止还没有一种能够完整、全面地揭示材料冲蚀的内在机理。目前主要的冲蚀理论有以下３种：４．１塑性材料的冲蚀理论

Ｉ．Ｆｉｎｎｉｅ提出的微切削理论是第一个定量描述的完整理论，经实验验证，该模型较好地反映了低冲击角下塑性材料受刚性粒子冲蚀的规律，但对高冲击角或脆性材料的冲蚀偏差较大。１９６３年，Ｂｉｔｔｅｒ提出冲蚀磨损可分为变形磨损和切削磨损２部分，该理论在单颗粒冲蚀磨损试验机上得到了验证，可较好地解释塑性材料的冲蚀现象，但缺乏物理模型的支持。Ｌｅｖｙ在大量实验的基础上提出来的锻造挤压理论也叫“成片”（Ｐｌａｔｅｌｅｔ）理论：冲击时粒子对靶面施加挤压力，使靶材出现凹坑及凸起的唇片，随后粒子对唇片进行“锻打”在严重的塑性变形后，靶材呈片屑状从表面流失。

４．２脆性材料的冲蚀理论

脆性材料冲蚀机理研究始于上世纪６０年代。１９６６年，Ｓｈｅｌｄｏｎ和Ｆｉｎｎｉｅ对球状粒子冲蚀脆性材料行为进行了研究并建立了第一个脆性材料的冲蚀模型。７０年代末，Ｅｖａｎｓ等人提出了弹塑性压痕破裂理论，他们认为压痕区域下形成了弹性变形区，而后在负荷的作用下，中间裂纹从弹性区向下扩展，形成径向裂纹。４．３二次冲蚀理论

Ｇ．Ｐ．Ｔｉｌｌｙ用高速摄影、筛分法和电子显微镜等研究了冲击颗粒的碎裂对塑性材料冲蚀的影响，提出了颗粒碎裂后可．产生二次冲蚀的模型。他把冲蚀过程视为２个阶段：粒子直接入射造成的一次冲蚀（包括冲击颗粒的切削、凿削）和犁沟挤压破碎粒子造成的表面进一步损伤的二次冲蚀。这样较好地解释了脆性颗粒的高冲击角的冲蚀问题。

５冲蚀一氧化磨损理论

室温下的材料冲蚀机理已有较多论述，而材料的高温冲蚀机理比较复杂，在高温下材料的力学性能将发生改变，同时材料表面结构和状态也会发生变化，材料的高温冲蚀行为包括了冲蚀与氧化的交互作用，比如系统的氧化动力学能，如快速生长的氧化物（如Ｎｉ０）或慢速生长的氧化物（如Ｃｒ：０。），氧化物是否起保护作用，氧化物的机械性能，温度条件，冲蚀条件等［８ｏ。

诸多研究者把冲蚀一氧化过程分为４或６个

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方数据不同的机制，大致为从纯冲蚀到纯氧化的过程。研究中发现温度对冲蚀一氧化有明显影响，磨损率随着温度的升高而增加，当达到某一最高点时，随着温度的急剧升高而下降。Ｓｔａｃｋ通过建立速度与温度的关系来确定各种因素是如何改变冲蚀一氧化的转变区，并把冲蚀一氧化过程分为４种机制：冲蚀主导机制、冲蚀一腐蚀共同控制机制、腐蚀主导机制ｌ、腐蚀主导机制２（冲蚀速度指数的不同）。为了充分表征出一个系统，Ｓｔａｃｋ和Ｐｅｎａ绘制了一个完整的磨损图形，包括３种不同成分和４个不同温度下速度与粒子尺寸的关系图形，根据该图可以更好地说明冲蚀一氧化机制。

根据冲蚀粒子速度和氧化膜生长速率关系，有如下几种冲蚀一氧化相互作用机制：

Ｂａｒｋａｌｏｗ和Ｐｅｔｔｉｔ指出：当粒子的冲蚀能和流量都很低，氧化膜足够厚时，氧化膜的抗冲蚀性能尤为重要，冲蚀过程完全是对氧化膜的冲蚀，而对基体没有影响；当氧化膜的厚度不足时，带有氧化膜的基体的抗冲蚀性能更为重要，此时，基体和氧化膜一样也会受到冲蚀产生变形。在诸多因素的共同作用下，根据粒子的尺寸、流量和速度可以建立不同的冲蚀机制和氧化膜／基体的相互作用关系。ｓｔｅｐｈｅｎｓｏｎ和Ｎｉｃｈｏｌｌｓ借助粒子速度与氧化物厚度的关系，将冲蚀一氧化磨损转化为高、巾和低３种磨损区域。并提出了

一种ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ的统计学方法，对单个粒子冲

蚀的区域进行量化。这种方法尽管很复杂，但可以评价每个粒子／氧化物（或基体）的相互作用，还可以确定冲蚀一氧化的机制并测定出由局部冲蚀造成流失材料的总量。近年来，用类似的方法可以模拟物理气相沉积电子束热障涂层的冲蚀。

Ｓｕｎｄａｒａｒａｊａｎ［９３指出：如果冲蚀达到稳态，氧化膜的厚度小于临界氧化膜厚度（超过氧化膜剥落）时，可能发生冲蚀一氧化相互作用的３种模型：模型ｌ适用于没有氧化膜或者冲蚀的深度远大于氧化膜的厚度，此时以基体冲蚀为主；模型２：当冲蚀的深度小于冲蚀稳态氧化膜的厚度，此时发生氧化膜的冲蚀。模型３：当冲蚀的深度与冲蚀稳态氧化膜的厚度相当时，以氧化影响的冲蚀为主，在这种情况下冲蚀剂实际上破坏到了基体和氧化物，导致含有氧化物和基体的复合层或者基体和氧化物的一个分层结构发生变形，同时

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在复合层造成材料的损失。此模型最重要的是研究者把冲蚀一氧化过程分为４个或６个不同的其预测能力，借助此模型可评价冲蚀和氧化的相机制从纯冲蚀到纯氧化的过程。建立了不同冲互作用机制。

蚀一氧化相互作用模型来阐述冲蚀一氧化过程除以上几种冲蚀一氧化机制外，Ｍａｒｋｗｏｒｔｈ的机制。等人还提出一种“平衡”模型，即一个体系的氧化动力学能与单一质量（或体积）的磨损量相平衡。参考文献：

此模型包括２个假设：１、合金总会被氧化膜覆［１］田保红，徐滨士，马士宁，等．高速电弧喷涂Ｆｅ３Ａｌ／ｗＣ复合

盖；２、冲蚀过程中，冲蚀剂只对氧化膜冲蚀，而对涂层高温冲蚀行为研究［Ｊ］．中国表面工程，２０００，（１）：２２

基体没有影响。此模型基于氧化动力学曲线和—２７．

［２］刘少光，等．ｃＦＢ锅炉管道耐磨涂层组织结构及高温冲蚀性

冲蚀率与氧化膜厚度成正比的原则建立的一个能的研究［Ｊ］．循环流化床（ｃＦＢ）机组通讯，２００６，１０（４）：２５

质量损失平衡方程。后来通过定义一个“冲蚀—２９．

区”，又对这个模型进行补充。因此，大量的氧化［３］汤文博，徐继达，陶玲．固体粒子冲蚀试验机改进［Ｊ］．郑州

膜被剥落（冲蚀区下的所有氧化膜都被剥落），冲工业大学学报。２００ｌ，２２（３）．

蚀区域的尺寸可根据实验的观察或一个质量损［４］Ｎｏｒｉｙｕｋｉ，Ｈａｙａｓｈｉ，ｅｔａ１．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ

ｎｅｗｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ

ｂｙｃｅｎｔ“ｆｕｇａｌ

ｅｒｏｓｉｏｎ

ｔｅｓｔｅｒ

ａｔ

ｅｌｅｖａｔｅｄ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［Ｊ］．

失方程得到。此模型假设所有冲蚀过程都相同Ｗｅａｒ。２００５，（２５８）：４４３—４５７．

而且粒子尺寸的变化对结果没有影响，也不考虑［５］冯益华，邓建新，史佩伟．陶瓷材料冲蚀磨损的研究［Ｊ］．陶瓷

冲蚀角的影响。

学报，２００２．２３（３）．

［６］Ｖ．ＨｉｇｕｅｒａＨｉｄａｌｇｏ，Ｆ．Ｊ．ＢｅｌｚｕｎｃｅＶａｒｅｌａ．

Ｅｒｏｓｉｏｎ

ｗｅａｒ６小结

ａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌ

ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ

ｏｆｐｌａｓｍａ—ｓｐｒａｙｅｄｎｉｃｋｅｌ—ａｎｄ

ｉｒｏｎ—

ｂａｓｅｄ

ｃｏａｔｉｎｇｓ

ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ

ｔｏ

ｓｅｒｖｉｃｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｎ

ｂｏｉｌｅｒｓ［Ｊ］．

（１）高温冲蚀磨损试验设备按粒子获得速ＴｒｉｂｏｌｏｇｙＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，１９９７，３０（９）：６４１—６４９．

度的方法分为气流喷砂式、真空自由下落式、旋［７］董刚，张九渊．固体粒子冲蚀磨损研究进展［Ｊ］．材料科学与

臂式、离心式４类。

工程学报。２００３。２１（２）：３０７—３１１．（２）冲蚀磨损率可以按照质量损失、体积损［８］Ｒ．Ｇ．ｗｅｌｌｍａｎ，Ｊ．Ｒ．

Ｎｉｃｈｏｌｌｓ．

Ｈｉｇｈ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

ｅｒｏｓｉｏｎ－

失的方法进行测试计算。

ｏｘｉｄａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ，ｍａｐｓａｎｄｍｏｄｅｌｓ［Ｊ］．

ｗｅａｒ，２００４

（２５６）：９０７—９１７．

（３）冲蚀磨损的机理主要分为塑性材料理［９］Ｇ．Ｓｕｎｄａｒａｒａｊａｎ，ＭａｎｉｓｈＲｏｙ．Ｓ０ｌｉｄｐａｒｔｉｃｌｅ

ｅｒｏｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒ

论、脆性材料理论，高温下材料的冲蚀磨损机理ｏｆｍｅｔａｌｌｉｃｍａｔｅｒｉａＩｓ

ａｔ

ｒｏｏｍａｎｄｅｌｅｖａｔｅｄ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ［Ｊ］．

更加复杂，其行为主要为冲蚀一氧化相互作用。

ＴｒｉｂｏｌｏｇｙＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，１９９７，３０（５）：３３９—３５９．

ＳｕｍｍａｒｉｚａｔｉｏｎＯｆｔｈｅＲｅｓｅａｒｃｈ

ｏｎ

Ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＥｒｏｓｉＯｎ

ＴｅｓｔＭｅｔｈｏｄａｎｄＭｅｃｈａｎｉｓｍｓ

ＦＥＮＧＹａｎ—ｌｉｎｇ，

ＷＥＩＱｉ，

ＬＩＨｕｉ，ＬＩＺｈｕｏ—ｘｉｎ

（Ｓｃｈ００１ｏｆ

ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅ玎ｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅ的ｉｎｇ１００１２４，Ｃｈｉｎａ）

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｉｇｈ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｒｏｓｉｏｎ；ｔｅｓｔｍｅｔｈｏｄ；ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：

Ｈｉｇｈ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｒｏｓｉｏｎｉｓ

ｏｎｅ

ｏｆｔｈｅ

ｍａｉｎ

ｆａｉｌｕｒｅ

ｐｈｅｎｏｍｅｎａｉｎ

ｉｎｄｕｓｔｒｙ，

ｗｈｉｃｈｏｆｔｅｎｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎｂｏｔｈｆｌｕｉｄｉｚｅｄｃｏｍｂｕｓｔｏｒｓａｎｄｇａｓｔｕｒｂｉｎｅｓｔｈａｔｂｒｉｎｇｓａｍｏｕｎｔｓｏｆｅｃｏｎｏｍｙｅｘｐｅｎｓｅ．

Ｉｎｏｒｄｅｒ

ｔｏ

ｒｅｄｕｃｅｔｈｅｅｒｏｓｉｏｎｄａｍａｇｅｓ，

ｍｕｃｈｅｆｆｏｒｔｈａｓｂｅｅｎｍａｄｅ

ｔｏ

ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｅｒｏｓｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓａｎｄ

ｔｏ

ｒｅｄｕｃｅｔｈｅｗｅａｒ

ｒａｔｅｓ．

Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｓｔａｔｅ—ｏｆ－

ａｒｔ

ｏｆｔｈｅｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｒｏｓｉｏｎｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｒｏｓｉｏｎ－ｏＸｉｄａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ

ｗｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｄｔｈｅｔｅｓｔ

ｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｏｖｅｒｔｈｅｙｅａｒｓ．

万　

方数据

高温冲蚀磨损测试方法及机理的研究概述

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

冯艳玲， 魏琪， 李辉， 栗卓新， FENG Yan-ling， WEI Qi， LI Hui， LI Zhuo-xin北京工业大学,材料学院,北京,100124锅炉技术

BOILER TECHNOLOGY2008,39(4)1次

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10. 张玉萍. 周永欣. 吕振林. 邢志国. 袁中岳. ZHANG Yu-ping. ZHOU Yong-xin. LU Zhen-lin. XING Zhi-guo. YUAN Zhong-yue 射流式冲蚀磨损试验机的研制[期刊论文]-铸造设备研究2006(4)

引证文献(1条)

1. 陈川辉. 李庆棠. 张林进. 叶旭初 不锈钢材料高温冲蚀磨损性能与机理[期刊论文]-材料保护 2012(7)

本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_gljs200804015.aspx

第３９卷第４期

２００８年７月

锅

ＢｏＩＬＥＲ

炉技术

ＴＥＣＨＮ（）ＬＯＧＹ

Ｖ０１．３９．Ｎｏ．４

Ｊｕｌ＿，２００８

文章编号：

ＣＮ３１—１５０８（２００８）０４一００６２—０６

高温冲蚀磨损测试方法及机理的研究概述

冯艳玲，魏

琪，李

辉，栗卓新

（北京工业大学材料学院，北京１００１２４）

关键词：摘

要：

高温冲蚀磨损；测试方法；冲蚀机理

高温冲蚀磨损是工业生产中常见的一种破坏形式，如电站燃煤锅炉受热管面的冲蚀磨损造成管壁

减薄严重，每年因“爆管”或停炉维修造成巨大的经济损失，因此倍受世界诸多研究者的关注，为防止或减少冲蚀磨损危害，许多研究者对冲蚀磨损机理及测试方法进行了大量的研究，将对近些年来此方面的部分研究情况进行综述。

中图分类号：

ＴＫ２２４．９

文献标识码：

Ｂ

１

前言

磨损试验机及不同磨损率测试方法，并详细分析了目前的各种冲蚀磨损理论。

冲蚀磨损是材料破坏的主要磨损形式之一，约占工业生产中磨损破坏总数的８％，它是指流体或固体粒子以松散的小颗粒按着一定的速度和角度对材料表面进行冲击所造成的磨损。高温冲蚀磨损破坏尤为严重，直升飞机发动机也因吸入尘埃引起冲蚀而使其寿命缩短９０％，还有火箭喷管喉衬、用粉煤作燃料的燃气涡轮发动机等都遭受严重的高温冲蚀磨损的破坏，电站燃煤锅炉管道事故的三分之一以上是由冲蚀磨损引起的，尤其近年新发展起来的循环流化床锅炉，其受热面的高温磨蚀问题相当严重，因冲蚀产生的漏管、爆管事故时有发生，停炉维修造成了巨大的经济损失。

许多国家很早就对冲蚀磨损进行了大量研究，在冲蚀磨损机理和相应的防护技术及材料开发上都积累了很多研究成果。而我国这方面的研究起步较晚，尤其对高温情况下的冲蚀试验方法和设备都还不够完善，在设计抗冲蚀磨损涂层时仍沿用传统常温下的磨粒磨损测试，并不能模拟高温冲蚀真实的工况。开发与实际工况相符的高温冲蚀磨损测试装置，有助于研究人员认识高温下材料冲蚀磨损的机理，为开发先进的抗冲蚀磨损涂层提供技术保障，具有十分迫切的现实意义。本文将概述国内外研制的各种高温冲蚀

收穑日期：２００８一０１—２３；修回日期：２００８一０３—２４

２高温冲蚀磨测试装置及方法

为评价材料的抗冲蚀磨损性能，各国科研工作者研制许多不同类型的固体粒子冲蚀磨损试验设备，根据冲蚀粒子获得的速度的方式可以分为以下４种类型：２．１气流喷砂式

气流喷砂式是利用压缩气体，使磨粒在气流的带动下形成一定含砂量的风砂流对试样进行冲蚀。它是目前最常用的试验方法，其冲蚀参数容易控制，操作方便。美国材料试验协会（ＡＳＴＭ）提出气流喷砂式冲蚀的设备和试验方法标准（Ｇ７６—８３），给从事材料冲蚀研究和测试的技术人员提供了参考。

此类设备最具有代表性的是加州大伯克利分校Ｌａｗｒｅｎｃｅ实验室设计使用的立式装置，如图１所示。此设备的特点是用电磁震动式送料器将冲蚀粒子加入主气流中。为使粒子达到一定速度并保持气流压力稳定，在喷嘴前设有一长的直管。而且粒子速度可以通过气流加以调节，采用双转盘法测定喷嘴出口处的粒子速度。这种测速装置结构简单，如图１右所示，在第一盘上设置一狭缝。当盘不旋转时，由喷嘴射出的砂粒可通过此缝在第二盘上冲蚀出一个标记。随

基金项目：北京市教委科技发展项目（ＫＭ２００６１０００５０２６，ＪＰ００９０１２２００８０３）

作者简介：冯艳玲（１９８２一），女，北京工业大学硕士研究生，主要从事电站锅炉热喷涂防护涂层方面研究．

万方数据　

第４期冯艳玲，等：高温冲蚀磨损测试方法及机理的研究概述

６３

后以高速旋转此同轴的双盘，继续作冲蚀，便可以在第二盘后得到第二个标记。如两盘相距为Ｌ，两冲蚀标记间的弧度为Ｓ，弧半径为Ｒ，转盘的角度为叫。则粒子速度为：

Ｕ＝２根乩／Ｓ

醋ｎ国ｌ

藏

爹蚓＠

穗转盘

寸才煦

排出

口

图１

加州大伯克利分校气流喷砂式冲蚀设备

目前，我国使用较广的高温冲蚀设备是装甲兵工程学院研制的ＧＷ／ＣＳ—ＭＳ型垂直气一砂喷射式高温冲蚀磨损试验装置［１］，参照ＡＳＴＭＧ７６—９５标准进行设计，如图所示２。其特点是在大气气氛下，利用压缩气体携带磨粒对试样进行冲蚀，试样采用热电偶进行加热；冲蚀环境模拟电站锅炉受热面所受的高温冲蚀磨损的实际工况。

１０

ｌ

１一砂量调节杆；２一砂斗；３一进砂管１４一电阻炉；５一砂气混合室；６一排气

管；７一试样；８一载气预热管；９、１１一热电偶；１０一喷管图２

ＧＷ／ＣＳ—ＭＳ高温冲蚀装置结构示意图

浙江大学的刘少光于上世纪９０年代初设计并制造了一种循环式高温冲蚀磨损试验机，整个试验装置为全密封系统，采用罗茨风机提供风

万　

方数据力，通过控制风机转速调节送风量来控制砂粒速度，试验中选用一定比例的Ｃ０。和Ｎ：作为烟气在系统中循环。此设备与燃煤锅炉省煤器管道的实际工作条件对应性好，试验数据能确切反映实际情况，但是，该试验装置过于复杂，制造成本很高，试验周期较长，运行费用也相当大［２］。因此，该作者在综合比较国内外不同结构的高温冲蚀磨损试验装置的优缺点后，又设计出增压式分段加热高温冲蚀试验设备，它由加热系统、送风系统、混合系统、冲蚀系统、控制系统五部分组成，如图３所示。

图３增压式分段加热高温冲蚀试验设备

该高温加热器结构形式为卧式圆筒加热炉，增压式加料器由元缝钢管焊接而成，其入口装有加料密封阀门，出口有出料阀门，筒壁接入压缩空气。采用分段加热方式分别对冲蚀气流和试样加热，不仅温度控制和调节方便、准确，而且结构简单，试样可为块状或管状形式。

上述喷砂型冲蚀试验机的缺点是气砂混合不易均匀；粒子速度与气流速度有明显偏离且粒子速度不易控制；每次冲蚀试验只允许放一个试样。因此，试验效率比较低，而且无法较好地在同条件下实现对不同攻角、不同材料的样品进行冲蚀对比。

２．２真空自由落砂式

真空自由落砂式是利用重力使粒子作自由落体运动产生的动能对试样进行冲击。真空中

粒子不受阻力的影响，而且试样不会被氧化。磨

料的冲击速度不需要用双盘测速仪或激光测速

仪等复杂仪器测定，可直接计算。磨料的流量和与试样碰撞时的能量，以及测定材料高温耐磨性的试验过程中的试样温度均可以精确测定和控制，可以模拟工业窑炉衬里耐火材料受冲蚀磨损工矿。但要使粒子下落的速度足够大，输送砂粒的导管至少需要１１ｍ，这在一般实验室里很难做到。

６４

锅炉技术

第３９卷

２．３旋臂式

旋臂式冲蚀设备兼备喷砂及自由落砂式试验机的特点，即磨粒自由下落与安放在旋转臂上高速转动的靶材碰撞产生冲蚀的设备。较完整的旋臂式冲蚀试验机是由Ｇ．Ｐ．Ｔｉｌｌｙ等人研制成功的。为了消除气流流动对磨料冲蚀作用的影响，这台试验机在负压下工作。定量的磨料从送料孔中仔细注入试验空腔。粒子下落时正对准样品的被冲蚀面进行冲蚀。我国西安交通大学于１９８４年建立了一台旋臂式冲蚀试验机，如图４所示。

郑州大学对旋臂式冲蚀设备进行了结构设计与改进［４］。采用槽轮给料装置，如图５所示，磨料下落量连续可调。配以不同种类和粒度的磨料，进而构成冲蚀磨损的试验条件。试样旋转电机和给料电机为直流电机，采用脉宽调制调速、光电测速、ＰＩＤ自动调节系统控制速度，使冲击速度和给料速度的精度提高。

此类冲蚀试验机可以用来模拟一些机械部件，如涡轮机叶片的冲蚀破环情况。但此类冲蚀磨损试验机设备复杂，颗粒的流量和速度不易稳定，测量结果重现性不好。且此类设备用于材料高温耐磨性测量时，给样品的温度的稳定性和精确测定都带来很大的困难。２．４离心式

１一电机；２一主轴；３一试样座１４一转盘；５一抽气口｝６一料斗；

７一观察窗；８一漏斗

图５冲蚀磨损试验机结构简图

离心式冲蚀设备是利用高速转盘旋转时的离心力加速于盘表面上的磨粒，使之与靶材表面产生冲蚀的装置。第一台离心式冲蚀试验机诞生于１９５５年，比较新式的离心式冲蚀设备是日本Ｔｏｋｙｏ大学研制的高温离心式冲蚀测试装置‘４｜，该设备是根据瑞典Ｕｐｐｓａｌａ大学索得柏格（Ｓｏｄｅｒｂｅｒｇ）等提出的原理制成，如图６所示：图６高温离心冲蚀试验装置结构图。

图４旋臂式冲蚀试验机示意图

旋臂式真空冲蚀设备与最常用的大气喷砂试验机之间的差别表现为旋臂试验机中样品上承受离心力；磨料无气动特性的影响，冲击时发生的高温不会因气流流动而降低；真空下试样不易氧化。

旋转喷管加热器试样孔洞电机

喷管

箱体

（ａ）离心冲蚀装置原理图㈣装置主要部分结构示意图

图６高温离心冲蚀试验装置结构图

万方数据　

第４期

冯艳玲；等：高温冲蚀磨损测试方法及机理的研究概述

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在转盘上沿径向均匀安装４条管状喷嘴，冲损率。

蚀粒子从转盘的中心加入，并进入管状喷嘴中，３．２体积磨耗测量法

冲蚀磨粒在管状喷嘴中被旋转离心力加速，最后体积磨耗测量法也就是按试验前后的体积从喷嘴出口甩出以一定速度冲击试样。冲蚀试变化计算磨损率的方法。通过采用表面轮廓仪样为管状试样，将筒式加热器放置于试样管内对来测定磨损前后形貌的差别来计算体积损失。试样进行加热，可以得到的冲蚀磨损数据代表不用轮廓仪的划针划出每隔一定宽度相互平行的同冲蚀角度的综合值。

轨迹，然后求出磨痕的最大直径和深度，并计此类设备的特点是很容易通过改变旋转喷算相应的体积。通过材料的密度可以转化为质管的速度来调整粒子的冲蚀速度；一次试验可以量的变化。Ｔｏｈｏｋｕ大学使用如图７所示的体放置多个试样，并且试样的温度可以单独控制。积测量仪并配用计算机分析软件进行三维数学这样，可以在一次试验过程中得到不同温度条件建模见图８来测定冲蚀试样体积变化来计算冲下的冲蚀数据，缩短了试验周期。如果将装置的蚀率。

主要部件置于一个密闭的容室中可以测试腐蚀气氛或保护气氛下的冲蚀磨损。此类装置的测试环境与燃煤电厂锅炉的腐蚀环境相符。但是，粒子的运动轨迹、攻角、粒子流量等各种参数需要根据试验条件加以计算。

３高温冲蚀磨损率的测定

材料的冲蚀磨损率是评定材料耐冲蚀性能好与坏的标准，目前测量材料冲蚀磨损率的方法主要有２种：质量磨耗测量法、体积磨耗测量法。３．１质量磨耗测量法

质量磨耗测量法即失重法，它通过测量冲蚀前后材料质量的变化来计算冲蚀率的方法。是图７测量试样磨损深度设备示意图

目前使用最多的一种测定冲蚀率的方法。但是，高温下由于氧化增重的影响，直接测量材料的失重显然不科学。大多数高温冲蚀试验中，以缩短冲蚀测试时间来避免材料受高温氧化的影响，有的仅用几分钟甚至几秒钟完成冲蚀过程，Ｎｅｉｌｓｏｎ及Ｇｉｌｃｈｒｉｏｔ指出：在发生冲蚀前，有一个短暂的孕育期。如果冲蚀时间过短，达不到冲蚀的目的‘５｜。

装甲兵工程学院采用非冲蚀试样表面渗铝的方法来减小因高温氧化带来的测量误差，但此方法也不能进行长时间的冲蚀。上海交通大学等采用通入氮气、氩气等惰性保护气体或抽真空的方式来避免高温氧化，但是此方法成本较高，图８测厚仪对冲蚀试样建立三维模型而且这种纯冲蚀环境与实际冲蚀一氧化工况不相符。

４冲蚀磨损的基本理论

Ｖ．Ｈｉｇｕｅｒａ认为：相同条件（温度、环境）下，氧化试验中的氧化增重的量与高温冲蚀试验中自１９５８年第一个冲蚀理论一微切削理论问因氧化增重的量相等［６］。因此，他在计算高温冲世以来啪，研究者们提出了一系列关于冲蚀的模蚀率时考虑到了氧化增重的影响，得出净冲蚀磨

型，力图解释或预测材料的冲蚀行为，但到目前

万　

方数据

６６

锅炉技术第３９卷

为止还没有一种能够完整、全面地揭示材料冲蚀的内在机理。目前主要的冲蚀理论有以下３种：４．１塑性材料的冲蚀理论

Ｉ．Ｆｉｎｎｉｅ提出的微切削理论是第一个定量描述的完整理论，经实验验证，该模型较好地反映了低冲击角下塑性材料受刚性粒子冲蚀的规律，但对高冲击角或脆性材料的冲蚀偏差较大。１９６３年，Ｂｉｔｔｅｒ提出冲蚀磨损可分为变形磨损和切削磨损２部分，该理论在单颗粒冲蚀磨损试验机上得到了验证，可较好地解释塑性材料的冲蚀现象，但缺乏物理模型的支持。Ｌｅｖｙ在大量实验的基础上提出来的锻造挤压理论也叫“成片”（Ｐｌａｔｅｌｅｔ）理论：冲击时粒子对靶面施加挤压力，使靶材出现凹坑及凸起的唇片，随后粒子对唇片进行“锻打”在严重的塑性变形后，靶材呈片屑状从表面流失。

４．２脆性材料的冲蚀理论

脆性材料冲蚀机理研究始于上世纪６０年代。１９６６年，Ｓｈｅｌｄｏｎ和Ｆｉｎｎｉｅ对球状粒子冲蚀脆性材料行为进行了研究并建立了第一个脆性材料的冲蚀模型。７０年代末，Ｅｖａｎｓ等人提出了弹塑性压痕破裂理论，他们认为压痕区域下形成了弹性变形区，而后在负荷的作用下，中间裂纹从弹性区向下扩展，形成径向裂纹。４．３二次冲蚀理论

Ｇ．Ｐ．Ｔｉｌｌｙ用高速摄影、筛分法和电子显微镜等研究了冲击颗粒的碎裂对塑性材料冲蚀的影响，提出了颗粒碎裂后可．产生二次冲蚀的模型。他把冲蚀过程视为２个阶段：粒子直接入射造成的一次冲蚀（包括冲击颗粒的切削、凿削）和犁沟挤压破碎粒子造成的表面进一步损伤的二次冲蚀。这样较好地解释了脆性颗粒的高冲击角的冲蚀问题。

５冲蚀一氧化磨损理论

室温下的材料冲蚀机理已有较多论述，而材料的高温冲蚀机理比较复杂，在高温下材料的力学性能将发生改变，同时材料表面结构和状态也会发生变化，材料的高温冲蚀行为包括了冲蚀与氧化的交互作用，比如系统的氧化动力学能，如快速生长的氧化物（如Ｎｉ０）或慢速生长的氧化物（如Ｃｒ：０。），氧化物是否起保护作用，氧化物的机械性能，温度条件，冲蚀条件等［８ｏ。

诸多研究者把冲蚀一氧化过程分为４或６个

万　

方数据不同的机制，大致为从纯冲蚀到纯氧化的过程。研究中发现温度对冲蚀一氧化有明显影响，磨损率随着温度的升高而增加，当达到某一最高点时，随着温度的急剧升高而下降。Ｓｔａｃｋ通过建立速度与温度的关系来确定各种因素是如何改变冲蚀一氧化的转变区，并把冲蚀一氧化过程分为４种机制：冲蚀主导机制、冲蚀一腐蚀共同控制机制、腐蚀主导机制ｌ、腐蚀主导机制２（冲蚀速度指数的不同）。为了充分表征出一个系统，Ｓｔａｃｋ和Ｐｅｎａ绘制了一个完整的磨损图形，包括３种不同成分和４个不同温度下速度与粒子尺寸的关系图形，根据该图可以更好地说明冲蚀一氧化机制。

根据冲蚀粒子速度和氧化膜生长速率关系，有如下几种冲蚀一氧化相互作用机制：

Ｂａｒｋａｌｏｗ和Ｐｅｔｔｉｔ指出：当粒子的冲蚀能和流量都很低，氧化膜足够厚时，氧化膜的抗冲蚀性能尤为重要，冲蚀过程完全是对氧化膜的冲蚀，而对基体没有影响；当氧化膜的厚度不足时，带有氧化膜的基体的抗冲蚀性能更为重要，此时，基体和氧化膜一样也会受到冲蚀产生变形。在诸多因素的共同作用下，根据粒子的尺寸、流量和速度可以建立不同的冲蚀机制和氧化膜／基体的相互作用关系。ｓｔｅｐｈｅｎｓｏｎ和Ｎｉｃｈｏｌｌｓ借助粒子速度与氧化物厚度的关系，将冲蚀一氧化磨损转化为高、巾和低３种磨损区域。并提出了

一种ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ的统计学方法，对单个粒子冲

蚀的区域进行量化。这种方法尽管很复杂，但可以评价每个粒子／氧化物（或基体）的相互作用，还可以确定冲蚀一氧化的机制并测定出由局部冲蚀造成流失材料的总量。近年来，用类似的方法可以模拟物理气相沉积电子束热障涂层的冲蚀。

Ｓｕｎｄａｒａｒａｊａｎ［９３指出：如果冲蚀达到稳态，氧化膜的厚度小于临界氧化膜厚度（超过氧化膜剥落）时，可能发生冲蚀一氧化相互作用的３种模型：模型ｌ适用于没有氧化膜或者冲蚀的深度远大于氧化膜的厚度，此时以基体冲蚀为主；模型２：当冲蚀的深度小于冲蚀稳态氧化膜的厚度，此时发生氧化膜的冲蚀。模型３：当冲蚀的深度与冲蚀稳态氧化膜的厚度相当时，以氧化影响的冲蚀为主，在这种情况下冲蚀剂实际上破坏到了基体和氧化物，导致含有氧化物和基体的复合层或者基体和氧化物的一个分层结构发生变形，同时

第４期冯艳玲，等：高温冲蚀磨损测试方法及机理的研究概述

６７

在复合层造成材料的损失。此模型最重要的是研究者把冲蚀一氧化过程分为４个或６个不同的其预测能力，借助此模型可评价冲蚀和氧化的相机制从纯冲蚀到纯氧化的过程。建立了不同冲互作用机制。

蚀一氧化相互作用模型来阐述冲蚀一氧化过程除以上几种冲蚀一氧化机制外，Ｍａｒｋｗｏｒｔｈ的机制。等人还提出一种“平衡”模型，即一个体系的氧化动力学能与单一质量（或体积）的磨损量相平衡。参考文献：

此模型包括２个假设：１、合金总会被氧化膜覆［１］田保红，徐滨士，马士宁，等．高速电弧喷涂Ｆｅ３Ａｌ／ｗＣ复合

盖；２、冲蚀过程中，冲蚀剂只对氧化膜冲蚀，而对涂层高温冲蚀行为研究［Ｊ］．中国表面工程，２０００，（１）：２２

基体没有影响。此模型基于氧化动力学曲线和—２７．

［２］刘少光，等．ｃＦＢ锅炉管道耐磨涂层组织结构及高温冲蚀性

冲蚀率与氧化膜厚度成正比的原则建立的一个能的研究［Ｊ］．循环流化床（ｃＦＢ）机组通讯，２００６，１０（４）：２５

质量损失平衡方程。后来通过定义一个“冲蚀—２９．

区”，又对这个模型进行补充。因此，大量的氧化［３］汤文博，徐继达，陶玲．固体粒子冲蚀试验机改进［Ｊ］．郑州

膜被剥落（冲蚀区下的所有氧化膜都被剥落），冲工业大学学报。２００ｌ，２２（３）．

蚀区域的尺寸可根据实验的观察或一个质量损［４］Ｎｏｒｉｙｕｋｉ，Ｈａｙａｓｈｉ，ｅｔａ１．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ

ｎｅｗｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ

ｂｙｃｅｎｔ“ｆｕｇａｌ

ｅｒｏｓｉｏｎ

ｔｅｓｔｅｒ

ａｔ

ｅｌｅｖａｔｅｄ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ［Ｊ］．

失方程得到。此模型假设所有冲蚀过程都相同Ｗｅａｒ。２００５，（２５８）：４４３—４５７．

而且粒子尺寸的变化对结果没有影响，也不考虑［５］冯益华，邓建新，史佩伟．陶瓷材料冲蚀磨损的研究［Ｊ］．陶瓷

冲蚀角的影响。

学报，２００２．２３（３）．

［６］Ｖ．ＨｉｇｕｅｒａＨｉｄａｌｇｏ，Ｆ．Ｊ．ＢｅｌｚｕｎｃｅＶａｒｅｌａ．

Ｅｒｏｓｉｏｎ

ｗｅａｒ６小结

ａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌ

ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ

ｏｆｐｌａｓｍａ—ｓｐｒａｙｅｄｎｉｃｋｅｌ—ａｎｄ

ｉｒｏｎ—

ｂａｓｅｄ

ｃｏａｔｉｎｇｓ

ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ

ｔｏ

ｓｅｒｖｉｃｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｎ

ｂｏｉｌｅｒｓ［Ｊ］．

（１）高温冲蚀磨损试验设备按粒子获得速ＴｒｉｂｏｌｏｇｙＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，１９９７，３０（９）：６４１—６４９．

度的方法分为气流喷砂式、真空自由下落式、旋［７］董刚，张九渊．固体粒子冲蚀磨损研究进展［Ｊ］．材料科学与

臂式、离心式４类。

工程学报。２００３。２１（２）：３０７—３１１．（２）冲蚀磨损率可以按照质量损失、体积损［８］Ｒ．Ｇ．ｗｅｌｌｍａｎ，Ｊ．Ｒ．

Ｎｉｃｈｏｌｌｓ．

Ｈｉｇｈ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ

ｅｒｏｓｉｏｎ－

失的方法进行测试计算。

ｏｘｉｄａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ，ｍａｐｓａｎｄｍｏｄｅｌｓ［Ｊ］．

ｗｅａｒ，２００４

（２５６）：９０７—９１７．

（３）冲蚀磨损的机理主要分为塑性材料理［９］Ｇ．Ｓｕｎｄａｒａｒａｊａｎ，ＭａｎｉｓｈＲｏｙ．Ｓ０ｌｉｄｐａｒｔｉｃｌｅ

ｅｒｏｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒ

论、脆性材料理论，高温下材料的冲蚀磨损机理ｏｆｍｅｔａｌｌｉｃｍａｔｅｒｉａＩｓ

ａｔ

ｒｏｏｍａｎｄｅｌｅｖａｔｅｄ

ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ［Ｊ］．

更加复杂，其行为主要为冲蚀一氧化相互作用。

ＴｒｉｂｏｌｏｇｙＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，１９９７，３０（５）：３３９—３５９．

ＳｕｍｍａｒｉｚａｔｉｏｎＯｆｔｈｅＲｅｓｅａｒｃｈ

ｏｎ

Ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＥｒｏｓｉＯｎ

ＴｅｓｔＭｅｔｈｏｄａｎｄＭｅｃｈａｎｉｓｍｓ

ＦＥＮＧＹａｎ—ｌｉｎｇ，

ＷＥＩＱｉ，

ＬＩＨｕｉ，ＬＩＺｈｕｏ—ｘｉｎ

（Ｓｃｈ００１ｏｆ

ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅ玎ｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅ的ｉｎｇ１００１２４，Ｃｈｉｎａ）

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｉｇｈ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｒｏｓｉｏｎ；ｔｅｓｔｍｅｔｈｏｄ；ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：

Ｈｉｇｈ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｒｏｓｉｏｎｉｓ

ｏｎｅ

ｏｆｔｈｅ

ｍａｉｎ

ｆａｉｌｕｒｅ

ｐｈｅｎｏｍｅｎａｉｎ

ｉｎｄｕｓｔｒｙ，

ｗｈｉｃｈｏｆｔｅｎｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎｂｏｔｈｆｌｕｉｄｉｚｅｄｃｏｍｂｕｓｔｏｒｓａｎｄｇａｓｔｕｒｂｉｎｅｓｔｈａｔｂｒｉｎｇｓａｍｏｕｎｔｓｏｆｅｃｏｎｏｍｙｅｘｐｅｎｓｅ．

Ｉｎｏｒｄｅｒ

ｔｏ

ｒｅｄｕｃｅｔｈｅｅｒｏｓｉｏｎｄａｍａｇｅｓ，

ｍｕｃｈｅｆｆｏｒｔｈａｓｂｅｅｎｍａｄｅ

ｔｏ

ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｅｒｏｓｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓａｎｄ

ｔｏ

ｒｅｄｕｃｅｔｈｅｗｅａｒ

ｒａｔｅｓ．

Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｓｔａｔｅ—ｏｆ－

ａｒｔ

ｏｆｔｈｅｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｒｏｓｉｏｎｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｒｏｓｉｏｎ－ｏＸｉｄａｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ

ｗｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｎｄｔｈｅｔｅｓｔ

ｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｏｖｅｒｔｈｅｙｅａｒｓ．

万　

方数据

高温冲蚀磨损测试方法及机理的研究概述

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

冯艳玲， 魏琪， 李辉， 栗卓新， FENG Yan-ling， WEI Qi， LI Hui， LI Zhuo-xin北京工业大学,材料学院,北京,100124锅炉技术

BOILER TECHNOLOGY2008,39(4)1次

参考文献(9条)

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2. 宫涛. 冯益华. 吕锡尧 影响陶瓷材料冲蚀磨损行为的因素[期刊论文]-山东轻工业学院学报(自然科学版)2002,16(2)

3. 肖军. 李铁虎. 张秋禹. 苏力宏 滑轨防高温高速烧粘技术应用研究及进展[会议论文]-20024. 武文忠. 邢建东. 苏俊义 高温磨损试验机的研制[期刊论文]-试验技术与试验机2002,42(1)

5. 汤文博. 徐继达. 陶玲 固体粒子冲蚀磨损试验机改进[期刊论文]-郑州工业大学学报(自然科学版)2001,22(3)6. 魏琪. 冯艳玲. 李辉. 栗卓新 高温冲蚀磨损试验新方法[会议论文]-2009

7. 蒋业华. 周荣. 邢建东. 卢德宏 不同颗粒粒度表面复合材料的耐冲蚀磨损性能[期刊论文]-铸造2003,52(9)8. 魏琪. 崔明亮. 冯艳玲. 王瑞. WEI Qi. CUI Ming-liang. FENG Yan-ling. WANG Rui 新型高温冲蚀磨损试验方法研究[期刊论文]-中国表面工程2010,23(5)

9. 李述良. 郭雷. 封江南. LI Shu-liang. GUO Lei. FENG Jiang-nan 电站锅炉管道冲蚀磨损机理及防护技术[期刊论文]-科技情报开发与经济2006,16(13)

10. 张玉萍. 周永欣. 吕振林. 邢志国. 袁中岳. ZHANG Yu-ping. ZHOU Yong-xin. LU Zhen-lin. XING Zhi-guo. YUAN Zhong-yue 射流式冲蚀磨损试验机的研制[期刊论文]-铸造设备研究2006(4)

引证文献(1条)

1. 陈川辉. 李庆棠. 张林进. 叶旭初 不锈钢材料高温冲蚀磨损性能与机理[期刊论文]-材料保护 2012(7)

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