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叠层陶瓷喷嘴的冲蚀磨损 （译文） 摘要 SiC/ （W,Ti)C 叠层结构的陶瓷喷嘴通过热压成形，热压是为了减少喷嘴进出口区 域的拉应力。在合成物的烧结过程中由于SiC 和(W,Ti)C固溶体的热量膨胀系数和收缩 率不同将导致残余应力产生，通过有限元方法可以分析该残余应力。叠层陶瓷喷嘴的冲 蚀磨损是由沙粒的冲击产生，这个实验结果和一个在相同条件下不受压应力的参考喷嘴 实验结果相比较而得。这个实验的结论已经表明叠层陶瓷喷嘴比相类似的自由应力喷嘴 有更高的抵抗冲蚀磨损性能。 1.引言 喷沙处理是一个研磨的加工程序并且广泛地作为表面的加强[1],表面的修正[2]表 面的清理和除锈,等等。它适用于硬且脆的材料, 易延展的金属，合金和非金属的材处 理。在沙喷的过程中，从喷嘴里出来的高速喷射的精细研磨微粒和载流气体撞击目标对 象的表面来冲蚀该表面。精细微粒通常由高于几倍大气压的气流来加速。粒子直接对表 面进行处理。当粒子冲击表面时, 粒子引起一个小的破碎，气流会将研磨粒子和已破碎 的粒子带离去。喷嘴是喷沙设备中最紧要关头的部份。有许多因素影响力喷嘴的磨损如： 流量率和冲击角度，冲蚀研磨剂性能，喷嘴的材料和它的几何形状，温度。有高耐磨性 的陶瓷有很大的潜力做为沙喷的喷嘴材料。 一些研究已经显示陶瓷喷嘴的进口区域展现了一个感应去除程序的脆性破碎而中 央的区域显示出材料切除模态的耕犁类型。在沙喷中当冲蚀的微粒以高的角度 ( 将近 90 °) 冲撞喷嘴进口区段 (见到图 1) ，喷嘴进口区域遭受形严重的研磨冲击, 这可 能引起大的张应力。最高的张应力位于喷嘴的进口区域。因此，喷嘴进口区域的冲蚀磨 损相对于中心区域的磨损来说，总是严重的。 图1 沙喷过程中冲蚀粒子与喷嘴间的作用示意图 由不同材料的交替层构成的叠层混合结构能适当地被设计, 促使对一个表面产生 压缩残余应力，从而提高了表面的机械性能和耐磨性。残余应力增大主要是在于热膨胀 系数 (CTE) ，烧结率，相阶段和相邻层的弹性模量之间的搭配, 并且残余应力区域决 定于分层的结构几何形状和层之间的厚度比率。Toschi 等人报告叠层混合结构能改善 氧化铝的滑动耐磨性。Portu 等人表明表面区域受压缩残余应力的叠层结构组成而得的 混合物材料能具备更好的磨擦性能。邓教授等人证实倾斜的陶瓷喷嘴能展现出比一般位 置的陶瓷喷嘴更高的耐磨性。 目前的研究中, SiC/(W,Ti)C 叠层结构的陶瓷喷嘴为了要在喷嘴的进出口区域减 少张应力 , 靠热压的方式生产。在烧结过程式中叠层喷嘴的残余应力由有限元方法计 算而得。叠层陶瓷喷嘴冲蚀磨损对照于相同的条件下一个不受应力的叁考喷嘴而被考 查。 2．材料和实验步骤 2.1. 准备叠层陶瓷喷嘴材料SiC /(W,Ti)C 开始的材料是(W,Ti)C固溶体粉末，平均颗粒大约为0.8μ m，纯度为 99.9% 。SiC 粉末的平均颗粒大约为 1 μ m ，纯度为 99.8% 。六种不同含量的 (W,Ti) C(55,57,59,61,63,65 vol.%)被选择去设计六层结构SiC /(W,Ti)C 叠层喷嘴材料。叠 层陶瓷喷嘴材料的成分分配在图 2 被显示。它指出叠层喷嘴材料的成分分配在喷嘴轴 的方向中改变。如SiC 的热导率比 (W,Ti) C 的更高, 当它的热膨胀系数比 (W,Ti) C 的更低时候, SiC 的最高含量的层被提出在进入层和出口层中两地方 ( 见图 2.1 a) 。 相似的无应力的喷嘴没有成分变化在图中 2(b) 被显示。叠层陶瓷喷嘴在进入和出口两 区域叫做 GN-3, 无压应力喷嘴叫做 CN-2 。 图2.1a 为陶瓷喷嘴在进口和出口区域（ GN-3 ）辗压的照抄原文/ （W ，Ti ）C 成 分分配示意图； b 为相似的无应力喷嘴（ CN-2 ） SiC/(W,Ti) C 以六种不同混合比合成的粉末被分别地在酒精中和接合的碳化物球 体研磨 80 个小时而成湿球来作准备。在弄干之后，和不同的混合比的混合物粉末依次 被叠压进入模子之内。这时样品在流动的氮气中以 30 MPa 压力 ,1900 ℃温度热压 40 分钟。 2.2.喷沙测试 如图2.2.1 所示，空气喷射研磨机床 ( GS-6 类型) 的示意图，它由一个空气压缩 机，一只喷射枪，一个控制阀，粒子供应管，一个过滤器，一个干燥器，一个调压阀， 灰尘捕捉器，一个研磨漏斗 , 和一个喷嘴。气流流程率被被压缩的空气控制，而且研 磨粒子的速度经过