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新型陶瓷喷砂嘴的研究开发及其冲蚀磨损机理研究

冯益华  
【摘要】:本文从喷砂嘴的使用要求出发,研究开发出新型B_4C基陶瓷喷砂嘴,深入研究了陶瓷喷砂嘴材料的组分设计、工艺设计、力学性能和微观结构。运用气固两相流动理论对喷砂过程进行了模拟和仿真。对陶瓷喷砂嘴进行了大量的冲蚀磨损试验,分析了陶瓷喷砂嘴冲蚀磨损的影响因素,建立了陶瓷喷砂嘴冲蚀磨损模型,探索了陶瓷喷砂嘴的冲蚀磨损机理。 以B_4C为基体,(W,Ti)C固溶体为增韧补强剂,借助于热压过程的B_4C和(W,Ti)C原位化学反应,首次成功制备出B_4C/(W,Ti)C陶瓷喷砂嘴。与B_4C陶瓷相比,B_4C/(W,Ti)C陶瓷喷砂嘴材料的抗弯强度从300MPa提高到693MPa,断裂韧性从2.5MPa.m~(1/2)提高到3.9MPa.m~(1/2),烧结温度从2200℃降低到1850℃,减少了能耗,降低了制造成本。 B_4C/(W,Ti)C陶瓷喷砂嘴材料的相对密度、抗弯强度和断裂韧性随(W,Ti)C含量的增加而增大,而硬度随(W,Ti)C含量的增加而降低。B_4C陶瓷的断口表面存在许多气孔,晶粒大小为6~8μm左右,而B_4C/(W,Ti)C陶瓷材料的断口表面几乎没有气孔存在,晶粒尺寸小于2μm,各相分布均匀,晶粒显著细化。 系统研究了10种不同材料喷砂嘴的冲蚀磨损行为,得出抗冲蚀能力由强到弱的顺序依次是:B_4C陶瓷、B_4C/(W,Ti)C陶瓷、Al_2O_3/(W,Ti)C陶瓷、YG8和YT15硬质合金、75瓷、铸铁(HT15-33)、45#淬火钢、45#钢和聚氨脂塑料,其中B_4C/(W,Ti)C陶瓷喷砂嘴表现出了最佳的综合性能指标。


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