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[摘]冲蚀角度与氧化铝陶瓷冲蚀磨损的关系

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文章出处:赢驰耐磨陶瓷人气: 发表时间:2017-06-16 12:38:17

 

氧化铝陶瓷是一种典型的脆性材料,硬度大,抗压强度高。由图 4.1 可见,在试验范围内,氧化铝陶瓷的体积冲蚀率随着冲蚀角度的增大而增大,在 90°时达到最大值,在 30°时出现最小值,表现出典型的脆性材料特征。在小角度下,主要是以切削磨损为主。由于氧化铝硬度大,小角度冲蚀时,磨料法向速度分量较小,引起试样法向冲蚀应力分量也很小。因此,在冲蚀过程中,磨料很难侵入到氧化铝内部较深的位置,裂纹向材料内部的发生和扩展缓慢,同时因法向冲蚀应力较小,切削作用时,产生的犁沟和划痕较浅,因切削而损失的材料体积减少。由于氧化铝陶瓷的硬度很大,甚至有可能磨料与试样表面接触时,不发生切削作用,只是发生速度方向的变化和少量的微裂纹,对冲蚀磨损的贡献不大,所以,在小角度下,冲蚀磨损率较低,如图 4.1 所示。
随着削深度的增加,切削作用加剧,同时横向裂纹与纵向裂纹的扩展深度增加,氧化铝陶瓷发生脆性断裂,造成颗粒剥落或片状剥离。体积冲蚀率上升。


图 4.1 冲蚀角度与氧化铝陶瓷体积冲蚀率的关系
图 4.2 为冲蚀角度为 30°时经 20 分钟冲蚀后的 SEM 形貌图像,由(a)图可以看出,在 30°冲蚀角下,试样表面磨料切削、犁削作用的痕迹。几乎没有因垂直冲击而产生的凹坑和脆性断裂。在高倍下的图像(图 4.2(c))中可以看出,磨料与材料之间的接触类似为点接触,接触点附近垂直应力最大,边缘较小,又因冲蚀角度较小,产生的犁沟与切削划痕也很长,且深浅不一,而氧化铝陶瓷的硬度较磨料硬度而言要大,切削深度普遍较小,所以材料体积损失不大。
 

(a)
 

(b)
 

(c)
图 4.2 氧化铝陶瓷在 30°下冲蚀 20min 后的 SEM 形貌图像
图 4.3 为未冲蚀的氧化铝陶瓷的 SEM 显微形貌,可以看出未冲蚀的氧化铝陶瓷表面的颗粒相互独立,外形发育完全,有完整的形貌。而在冲蚀后的表面上,颗粒形貌由于冲蚀过程中的切削作用而消失,而且留下了冲蚀过程的切痕。同时在试验过程中,我们还观察到磨料碰撞试样表面产生的火花,说明在冲蚀过程中,磨料与氧化铝接触时会出现局部的瞬时高温,这使氧化铝晶粒发生软化,再由切削作用,使表面颗粒失去原有形貌。
 

图 4.3 氧化铝陶瓷未冲蚀的 SEM 形貌图像
随着冲蚀角度的增大,垂直冲蚀逐步大于水平切削冲蚀。由图 4.4 可以看出,冲蚀角度增大到 750时,材料表面的纵向裂纹更密,而因切削产生的划痕与犁沟少了,冲蚀磨损过程中的切削痕迹已然消失。这也证实了大部分研究者的观点:低角度时,材料破坏以切削作用为主,高角度时,以裂纹扩展和脆性断裂为主。

 
(a)45°
 

(b)60°
 

(c)75°
图 4.4 氧化铝陶瓷在不同冲蚀角下冲蚀后的 SEM 形貌
氧化铝陶瓷也表现出典型的脆性材料冲蚀磨损特征。图 4.5 为氧化铝陶瓷在90°下冲蚀 20 分钟后的 SEM 形貌,从 a 图可以看出,在 90°下冲蚀时,材料表面几乎没有切削作用的痕迹,可以看到裂纹扩展而引起的脆性断裂,以及许多冲蚀坑。在陶瓷材料中裂纹扩展类型也有多种不同的形式。由图 4.5(c)可以看到,氧化铝晶体由于垂直冲蚀,产生了穿晶断裂和沿晶断裂,晶粒破坏严重,体积损失量大。产生穿晶断裂说明氧化铝陶瓷的硬度大,且晶体内缺少阻碍裂纹扩展的因素,或已有微裂纹。
 

(a)
 

(b)
 

(c)
图 4.5 氧化铝陶瓷在 90°下冲蚀 20min 后的 SEM 形貌图像

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此文关键字:氧化铝陶瓷冲蚀角度