CN101477011A

CN101477011A - 一种高温冲蚀磨损测试装置及方法

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Publication number: CN101477011A
Application number: CNA2009100770104A
Authority: CN
Inventors: 魏琪; 冯艳玲; 班书英; 李辉; 李红; 李国栋; 栗卓新
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2009-07-08

Abstract

本发明涉及一种高温冲蚀磨损测试装置及方法，属于材料磨损、腐蚀和防护技术领域。本装置主要包括有与冲蚀箱体相连的控制柜、加热电源和水冷系统。砂粒由送料器输送到旋转的甩砂盘，在离心力的作用下被抛出，撞击到试样表面。试样利用其本身产生的电阻热进行加热。通过计算试样磨损前后的质量差来评价涂层的耐高温冲蚀磨损性能。本发明在一次试验可放入多个试样，提高了试验效率，送砂量可以精确控制，测试中可以任意改变冲蚀磨损的测试温度、冲蚀速度和冲蚀角度。设备操作简单，测试数据准确、重复性好。本发明适合各种热喷涂涂层和其他材料的高温冲蚀磨损试验。

Description

一种高温冲蚀磨损测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种高温冲蚀磨损测试装置及方法，利用砂粒冲蚀和高温氧化共同作用的原理来测量涂层耐高温冲蚀磨损的性能，属于材料磨损、腐蚀和防护技术领域。

背景技术

材料的磨蚀与防护始终是人们重点研究的领域。在冶金、电力、矿山、建材和化工等工业领域，由于材料的磨损和腐蚀，特别是高温冲蚀磨损每年都会造成巨额的浪费和损失，甚至会造成设备的毁坏和人员的伤亡。因此，提高材料的耐高温冲蚀性能就成为人们极为关注和急需要解决的问题。

提高材料耐高温冲蚀磨损的方法很多，其中采用热喷涂技术在零件或工件表面制备一层耐冲蚀的涂层是目前采用最多、最经济和最有效的方法之一。热喷涂涂层耐冲蚀性能的好与坏，直接影响到零件或工件的使用寿命。涂层耐冲蚀性能的提高和新型热喷涂涂层的研发，都需要有更好的、更实用的测试手段和方法。

目前，国内外见诸于报道的高温冲蚀磨损方法虽有多种，但都有其局限性。对于热喷涂涂层的高温冲蚀性能的测试而言，目前应用较多的是GW/CS-MS型高温冲蚀试验方法。这种高温冲蚀试验方法是用压缩空气将砂粒带进电阻炉中，利用砂粒对待测的试样表面进行冲击，通过测量试件被冲蚀后的失重来评价涂层耐冲蚀性能的一种方法。但这种方法存在以下不足：1)砂粒的流量和流速的稳定性难以精确控制；2)试验环境灰尘量大，对人体危害较大；3)采用电阻炉加热，试样温度升高缓慢，试验周期长；3)一次试验仅能测试一个试样，试验效率较低。

因此，研究和开发更适合热喷涂涂层实际应用工况的，且更准确、更科学测量和评价涂层性能的新型高温冲蚀磨损测试装置和方法很必要。

发明内容

本发明的目的是为了解决热喷涂涂层(及其它材料)在高温条件下耐冲蚀磨损性能的测试和评价问题，为测试和评价热喷涂涂层的高温耐冲蚀性能提供新型试验装置和方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。本装置包括冲蚀箱体、设置在冲蚀箱体上方的用于传送砂粒的送砂器、以及设置在冲蚀箱体内的漏斗、分砂盘、甩砂盘、电机、支架和用于对试样进行加热的电极。其中：漏斗的上端穿过冲蚀箱体的箱体盖与送砂器上的落砂槽位置对应，下端对准分砂盘。分砂盘和甩砂盘连为一体并通过联轴器与电机相连，电极通过底座与支架相连，支架的个数大于等于2，并沿冲蚀箱体的圆周方向均匀分布。

砂粒5采用高硬度、颗粒均匀、耐高温的棕刚玉砂粒或碳化硅砂粒。

利用上述装置进行测试，测试方法步骤如下：

1)在金属基体的一个面上进行喷涂，制备成覆有涂层的所要求的试样；

2)测量试样的质量m₀并计算试样未喷涂面的总表面积S₀；

3)首先将箱体盖取下，把试样安装在电极上，安装完毕再次检查每个试样均卡紧无松动现象，然后将箱体盖盖好；

4)将送砂器平放在冲蚀箱体上方的箱体盖上，并将落砂槽的端口对准漏斗，再将一定量的砂粒倒入送砂器上方的储砂器中，将送砂器的输送砂粒量调至预设值；

5)将电极与加热电源相连，开启加热电源，将试样加热到预设的温度；开启电机，并调其转速至预设值，然后开启送砂器进行冲蚀磨损，开始计时；

6)当到达测试所设定的时间，先关闭送砂器停止送砂，再关闭加热电源停止加热，然后将电机的转速慢慢降至最低，关闭电机电源；

7)待试样冷却后，将试样取出，将其表面的杂质清洗干净并吹干后称重，计算试样冲蚀磨损后的质量m₁；

8)选一与步骤1)中相同材料相同尺寸的金属基体，测量其质量M₀并计算其总表面积S，然后将其加热至步骤5)中所预设的温度进行氧化，氧化至步骤7)中所设定的时间后，测定氧化后的质量M₁；

测试结果的计算

9)测量试样冲蚀磨损和氧化试验前后的质量和表面积，计算涂层的质量差，来评价涂层的耐高温冲蚀磨损性能。计算公式如下：

Δm = (m_{0} - m_{1}) - \frac{S_{0}}{S} (M_{1} - M_{0})

上式中：Δm为覆有涂层的试样磨损前后的质量差；m₀为覆有涂层的试样磨损前的质量；m₁为覆有涂层的试样磨损后的质量；S₀为试样未覆涂层面的总表面积；S为基体的总表面积；M₁为基体氧化后的质量；M₀为基体氧化前的质量。

本发明的优点在于：利用试样本身产生的电阻热来加热试样，在短时间内就能将试样加热至所需温度；电机驱动旋转主轴使甩砂盘可以作高速旋转，提高了砂粒的冲蚀速度；送砂器的送砂量通过传送带的传送速度和出砂口大小来精确控制；测试中可以任意改变冲蚀磨损的测试温度、冲蚀角度和冲蚀速度；一次试验可放入多个试样，缩短试验周期，提高了试验效率；试验环境的灰尘和噪声量都很小；设备操作简单，测试数据准确、重复性好。本发明适合各种热喷涂涂层和其他各类涂层的高温冲蚀磨损试验，也可以对各类材料进行耐冲蚀磨损性能的评价。

附图说明

图1为高温冲蚀磨损测试装置的示意图

1、控制柜，2、加热电源，3、支架，4、送砂器，5、砂粒，6、落砂槽，7、漏斗，8、分砂器，9、甩砂盘，10、箱体盖，11、试样，12、电极，13、冲蚀箱体，14、电机，15、滑砂板，16、水冷系统，17、出砂口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，本实施例包括冲蚀箱体13、送砂器4、以及设置在冲蚀箱体13内的漏斗7、分砂盘8、甩砂盘9、电机14、支架3和电极12。其中，送砂器4设置在冲蚀箱体13上方的箱体盖10上，落砂槽6的下端口对准漏斗口7，砂粒5通过传送带传送到落砂槽6，并沿着漏斗7输送到分砂盘8，再从甩砂盘9的四个出砂通道抛出，撞击到试样11的表面，最终经过滑砂板15在出砂口17集中回收。试样11安装在固定于支架3上的电极12上，电极12与加热电源2相连，通过加热电源2对试样进行加热。高速旋转的甩砂盘9与分砂盘8连为一体通过联轴器与电机14相连，并按顺时针方向旋转。通过水冷系统16把电极12与电机14冷却。砂粒5采用高硬度、颗粒均匀、耐高温的棕刚玉砂粒，粒度为16目。

将水冷系统16与电机14和电极相连，为电机14和电极提供冷却水。将电极12与加热电源2相连。

本实施例通过加热电源2提供电流，利用试样11本身产生的电阻热将试样加热至预设温度，并通过热电偶测定其温度。

本实施例中的甩砂盘9是利用电机14驱动旋转主轴使其作高速旋转运动，使砂粒在离心力的作用被抛出。

本实施例中的电机转速可以在0-9000转/分钟之间调节。

送砂器4的送砂量可以通过传送带的传送速度和出砂口的大小来调节，且砂粒的流量可以精确控制。

本实施例中电极12通过底座与支架3相连，支架与冲蚀箱体13固连，电极12可以在支架3上前后移动和左右旋转，因此试样的冲蚀距离和冲蚀角度可以自由调节。本实施例中支架3的个数为六个，并沿冲蚀箱体13的圆周方向均匀分布，这样，一次试验可以对多个试样进行测试。

该高温冲蚀磨损测试装置性能指标：

1)测试温度：室温～1000℃

2)电机转速：0-9000转/分钟

3)冲蚀角度：10°～90°

4)基体尺寸：25mm×10mm×2mm

本实施例中的高温冲蚀磨损测试的具体过程如下：

1)在25mm×10mm×2mm的304不锈钢基体上进行喷涂，制备成覆有涂层的长方体薄片试样；

2)测量试样的质量并计算基体的表面积；

3)首先将箱体盖10取下，把试样11安装在电极12上，安装完毕再次检查每个试样均卡紧无松动现象，然后将箱体盖10盖好；

4)将送砂器4平放在冲蚀箱体13上方的箱体盖10上，并将落砂槽6的端口对准漏斗7，再将一定量的砂粒5倒入送砂器4上方的储砂器中，将送砂器的输送砂粒量调至预设值；

5)开启水冷系统16，检查水管接头确保没有漏水现象，并且水循环出水口一切正常。再开启加热电源。通过调节加热电源2的电流，将试样加热到预设的温度。

6)接通控制柜1的电源，开启电机14，通过调节控制柜1上电机的转速将甩砂盘9的转速调至预设值，然后开启送砂器4进行冲蚀磨损，开始计时。

7)当到达测试所设定的时间，先关闭送砂器4停止送砂，再关闭加热电源2停止加热，然后将电机14的转速慢慢降至最低，关闭电机电源，再关掉水冷系统16。

8)待试样随空气冷却后，将送砂器4搬下，打开箱体盖10，将试样11取下，并将冲蚀箱体13内的砂粒清理干净后盖上箱体盖10。

9)用超声波清洗仪将试样表面的杂质清洗干净、吹干并称重，计算试样冲蚀磨损前后的质量差。

10)将1)中相同尺寸的304不锈钢基体加热至5)中的预设温度，氧化到7)中的相同时间，并测定氧化前后的质量差。

11)测试结果的计算

测量试样磨损和氧化试验前后的质量和表面积，计算涂层的质量差，来评价涂层的耐高温冲蚀磨损性能。计算公式如下：

Δm = (m_{0} - m_{1}) - \frac{S_{0}}{S} (M_{1} - M_{0})

Claims

1、一种高温冲蚀磨损测试装置，其特征在于：包括冲蚀箱体(13)、设置在冲蚀箱体(13)上方的用于传送砂粒(5)的送砂器(4)、以及设置在冲蚀箱体(13)内的漏斗(7)、分砂盘(8)、甩砂盘(9)、电机(14)、支架(3)和用于对试样进行加热的电极(12)；其中：漏斗(17)的上端穿过冲蚀箱体(13)的箱体盖(10)与送砂器(4)上的落砂槽(6)位置对应，下端对准分砂盘(8)；分砂盘(8)和甩砂盘(9)连为一体并通过联轴器与电机(14)相连，电极(12)通过底座与支架(3)相连，支架(3)与冲蚀箱体(13)固连。

2、根据权利要求1所述的一种高温冲蚀磨损测试装置，其特征在于：所述支架(3)的个数大于等于2，并沿冲蚀箱体(13)的圆周方向均匀分布。

3、根据权利要求1或权利要求2所述的一种高温冲蚀磨损测试装置，其特征在于：所述的砂粒(5)为颗粒均匀的棕刚玉砂粒或碳化硅砂粒。

4、利用权利要求1所述的一种高温冲蚀磨损测试装置进行测试的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)在金属基体上进行喷涂，制备成覆有涂层的所要求的试样；

2)测量试样的质量m₀并计算试样未喷涂面的总表面积S₀；

3)把试样(11)固定在电极(12)上；

4)将送砂器(4)平放在冲蚀箱体(13)上方的箱体盖(10)上，并将落砂槽(6)的端口对准漏斗(7)，将送砂器的输送砂粒量调至预设值；

5)将电极(12)与加热电源(2)相连，开启加热电源，将试样加热到预设的温度；开启电机(14)，并调其转速至预设值，然后开启送砂器(4)进行冲蚀磨损，开始计时；

6)当到达测试所设定的时间，关闭送砂器(4)、加热电源(2)和电机(14)；

7)待试样冷却后，将试样(11)取出，将其表面的杂质清洗干净并吹干后称重，计算试样冲蚀磨损后的质量m₁；

9)测试结果的计算

测量试样冲蚀磨损和氧化试验前后的质量和表面积，计算涂层磨损前后的质量差，来评价涂层的耐高温冲蚀损性能，计算公式如下：

Δm = (m_{1} - m_{0}) - \frac{S_{0}}{S} (M_{1} - M_{0})

上式中：Δm为覆有涂层的试样磨损前后的质量差；m₀为覆有涂层的试样磨损前的质量；m₁为覆有涂层的试样磨损后的质量；S₀试样未覆涂层面的总表面积；S为金属基体的总表面积；M₁为基体氧化后的质量；M₀为基体氧化前的质量。