耐火材料耐磨性能的影響因素及測(cè)量、表征

耐磨損性能是耐火材料抵抗外界的磨損作用(如：摩擦、沖擊和剝落等)的能力。水泥回轉(zhuǎn)窯過渡帶、循環(huán)流化床鍋爐和干熄焦?fàn)t冷卻段等對(duì)耐火材料的耐磨損性能均提出了一定的要求。

1、影響材料耐磨損性能的因素

材料本身的強(qiáng)度、硬度以及致密度，顆粒間的結(jié)合強(qiáng)度和微觀結(jié)構(gòu)對(duì)材料的耐磨損性能具有較大的影響。材料的服役溫度對(duì)其耐磨損性能也有一定的影響。關(guān)于如何改善材料的耐磨損性能，對(duì)此大量的研究工作得到了開展。除了提升材料的致密度、降低材料的缺陷以外，

其主要研究思路分為以下幾個(gè)部分：

(1)細(xì)化晶粒，進(jìn)而提升材料整體的均勻性;

(2)引入增強(qiáng)相，組分復(fù)合化形成復(fù)相材料;

(3)相變?cè)鲰g。一般來說，相同硬度下，強(qiáng)度高的材料的耐磨損性能能更加優(yōu)異。

可以通過選擇耐磨損性能好的材料、引入硬度高、強(qiáng)度大的第二相和選用合理的顆粒級(jí)配等來提升試樣的耐磨損性能。

2、耐磨損性能的測(cè)量與表征

摩擦磨損幾種常見實(shí)驗(yàn)

1.滑動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)：四球試驗(yàn)(圖a)、銷盤實(shí)驗(yàn)(圖b)、環(huán)塊試驗(yàn)(圖c)、往復(fù)運(yùn)動(dòng)銷盤試驗(yàn)(圖d)。

2.磨粒磨損試驗(yàn)(圖e)。3.滾動(dòng)磨損試驗(yàn)，環(huán)式滾動(dòng)試驗(yàn)(圖f);滾動(dòng)四球試驗(yàn)(圖g)4.沖蝕磨損試驗(yàn)(圖h)。


圖1摩擦磨損幾種常見實(shí)驗(yàn)
（a）四球試驗(yàn)，(b)銷盤實(shí)驗(yàn)，(c)環(huán)塊試驗(yàn)，(d)往復(fù)運(yùn)動(dòng)銷盤試驗(yàn)，(e)磨粒磨損試驗(yàn)，(f)環(huán)式滾動(dòng)試驗(yàn)，(g)滾動(dòng)四球試驗(yàn)，(h)沖蝕磨損試驗(yàn)

（2）稱重法

采用精密分析天平稱量試樣磨損前后的質(zhì)量變化并計(jì)算其質(zhì)量變化率來對(duì)耐磨損性能進(jìn)行表征。這種方法簡單，采用最普遍。

（3）磨損體積計(jì)量法

通過測(cè)得摩擦前后體積變化來大致計(jì)算出材料的磨損量。試樣在磨損過程中，隨著磨損的進(jìn)行，試樣表面的晶粒會(huì)逐漸剝落，進(jìn)而試樣的質(zhì)量和體積均有所變化，通過測(cè)量磨損前后的體積變化來對(duì)耐磨損性能進(jìn)行表征?？梢酝ㄟ^光學(xué)測(cè)微計(jì)來測(cè)量試樣磨損表面的劃痕的寬度，采用下列公式計(jì)算出試樣的磨損體積.
式中：V-磨損的體積(mm3)，R-環(huán)樣的半徑(mm)，b-磨痕的寬度(mm)，L-磨痕的長度(mm)。 式中：w-磨損率(mm3/m)，V-磨損體積(mm3)，D-滑動(dòng)距離(m)。

3.摩擦磨損的分類和機(jī)制
磨損分為腐蝕磨損、磨粒磨損、黏著磨損和疲勞磨損。其機(jī)制為切削機(jī)制、粘著機(jī)制和疲勞機(jī)制。

3.1摩擦磨損的影響因素

(1)負(fù)載：一般負(fù)載越大，磨損越嚴(yán)重(圖a)。

(2)轉(zhuǎn)速：一般轉(zhuǎn)速越大，磨損越嚴(yán)重(圖b)。

(3)溫度：低溫磨損主要為疲勞、粘著和剝層機(jī)制。高溫磨損的主要為氧化、粘著和剝層機(jī)制。

(4)磨料濃度：一般磨料濃度越大，磨損越嚴(yán)重(圖c)。
圖2摩擦磨損的影響因素

(a)負(fù)載，(b)轉(zhuǎn)速，(c)磨料濃度 3.2摩擦磨損的研究進(jìn)展

黃偉九等人對(duì)陶瓷工具材料進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其具有硬度高，耐磨損性能好，在高溫下也擁有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，這些都廣泛的應(yīng)用于硬切削和高速切削材料領(lǐng)域，且未來的研究方向是在500nm以下的氧化鋁或其他性能優(yōu)異材料的陶瓷。

Pasaribu等人通過研究添加氧化銅來減少氧化鋁和氧化鋯陶瓷在工作中進(jìn)行的磨損時(shí)發(fā)現(xiàn)，只有在氧化鋁和氧化鋯摻雜時(shí)，CuO才會(huì)顯著降低摩擦系數(shù)，這是在微觀結(jié)構(gòu)中，CuO充當(dāng)了“潤滑劑”的作用，從拍攝的SEM圖片中可以看出來磨損痕跡形成光滑的片狀層。

Belmonte等人研究了SiC晶粒尺寸對(duì)Al2O3/SiC復(fù)合材料磨損的影響。結(jié)果表示，在一般條件下耐磨損性能隨著SiC晶粒的增大而增大。