材料冲蚀行为及机理研究

浙江工业大学
硕士学位论文
材料冲蚀行为及机理研究
姓名：董刚
申请学位级别：硕士
专业：材料学
指导教师：张九渊
20040301
浙江工业大学硕士学位论文
摘要
固体粒子冲蚀磨损在一些工程应用中是导致材料失效的重要原因，如物料输送管道、煤液化／气化装置、热能装置、航空器喷气引擎、等。

研究材料的冲蚀行为及机理，对合理选材，减少损耗，提高经济效益具有重要意义。

采用气流喷砂型实验装置测试了Ａ３钢、ｌＣｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢、高铬铸铁、聚四氟乙烯和刚玉五种工程材料的耐冲蚀性能。

研究了冲蚀角度、冲击速度、磨粒尺寸、冲蚀时间等影响因素对材料的冲蚀率的影响。

通过组织观察和磨损表面形貌观察，对材料的冲蚀机理进行了探讨。

发现：①Ａ３钢和１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢的耐冲蚀性能相似，都不太耐磨。

高铬铸铁在低角冲蚀时有较高的耐冲蚀性，但高角冲蚀时由于脆性大，易崩裂。

聚四氟乙烯因强度太低而磨损严重。

刚玉的硬度很高，当结合致密时有很高的耐磨性。

②决定材料抗低角冲蚀磨损性能的主要因素是硬度和强度，抗高角度冲蚀能力取决于材料的韧性，在实际应用中需要综合考虑这几个因素。

采用激光熔覆技术分别在４５“钢表面制备Ｎｉ基合金及Ｎｉ基合金／ＳｉＣ涂层，研究了熔覆层的显微组织、物相组成、硬度和耐冲蚀性能，探讨了熔覆层的冲蚀磨损机理。

研究发现：①熔覆层的耐冲蚀性能较Ａ３钢有显著提高。

②熔覆层的最大冲蚀角为３０。

③熔覆层在低角冲蚀情况下，以微切削为主，在高角冲蚀情况下，挤压成片机理居主导
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浙江工业大学硕士学位论文
地位。

关键词：工程材料激光熔覆Ｎｉ基合金／ＳｉＣ涂层冲蚀磨损磨损机理
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浙江工业大学颂七学位论文
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｓｏｌｉｄｐａｒｔｉｃｌｅｅｒｏｓｉｏｎｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｅａｓｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌｆａｉｌｕｒｅｉｎａｎｕｍｂｅｒｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｓｕｃｈａｓｍａｔｅｒｉａｌｔｒａｎｓｐｏｒｔｐｉｐｅｌｉｎｅｓ，ｃｏａｌｌｉｇｕｅｆａｃｔｉｏｎ／ｇａｓｉｆｉｃａｉｏｎｐｌａｎｔｓ，ｔｈｅｒｍａｌｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｓ，ａｉｒｃｒａｆｔｇａｓｔｕｒｂｉｎｅｅｎｇｉｎｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｅｒｏｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｓａｎｄｗｅａｒｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｆｏｒｃｈｏｏｓｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｌｙ
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ＫＥＹＷＯＲＤＳＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍａｔｅｒｉａｌｓＬａｓｅｒＣｌａｄｄｉｎｇ
Ｎｉ－ｂａｓｅｄＡｌｌｏｙ／ＳｉＣＣｏａｔｉｎｇＥｒｏｓｉｏｎ
ＷｅａｒＭｅｃｈａｎｉｓｍ
第一章文献综述
１．１磨损及冲蚀磨损概述
磨损是－－｛ｅｅ普遍存在的现象，凡两个物体相互接触并有相对运动的表面都会发生磨损。

磨损是机械零件失效的主要形式之一，根据不完全统计，能源的１／３～１／２消耗于摩擦与磨损；对材料来说，约８０％的零件失效是磨损引起的口】。

在冶金、矿山、建材、电力、化工、煤炭等行业，磨损占生产成本相当大的比例，如矿山在碎矿、磨矿过程中所消耗的耐磨材料占其选矿成本的一半。

工程上的磨损是指材料在使用过程中，由于接触表面受固体、液体或气体的机械作用，引起材料的脱离或转移而造成的损伤。

磨损是一个极其复杂的过程，它涉及机械、材料、物理、化学等许多学科。

迄今为止，科学界还没有一条简明而可靠的磨损定律。

在具体情况下，影响磨损的因素很多，它包括工作条件（载荷、速度、运动方式等）、润滑状态、环境因素（温度、湿度、周围介质等）、材料因素（成分、组织、力学性能等）、零件表面质量及物理化学特性等。

由于磨损过程的复杂性导致其分类也较为复杂，根据不同标准可有不同的分类方法。

目前，人们通常从以下几个角度对磨损进行分类：按机制、按表面接触性质、按环境和介质划分。

按机制划分，磨损可分为粘着磨损、磨料磨损、腐蚀磨损、疲劳磨损、微动磨损、冲蚀磨损、冲击磨损等。

冲蚀磨损指的是材料受到小而松散的流动粒子冲击时表面出现破坏的一类磨损现象，是由多相流动介质冲击材料表面而造成的。

冲蚀磨损已经成为许多工业部位中材料破坏的原因之一，英国科学家Ｅｙｒｅ认为冲蚀磨损占工业生产中经常出现的磨损破坏总数的８％【２】。

根据介质可将冲蚀磨损分为两大类：气液喷砂型冲蚀及液流或水滴型冲蚀。

流动介质中携带的第二相可以是固体粒子、液滴或气泡，它们有的直接冲击材料表面，有的则在表面上溃灭（气泡），从而对材料表面施加机械力。

如果按流动介质及第：相排列组合，则可把冲蚀磨损分为四种类型。

表１－１是冲蚀麽损分类及实例。

表１－１冲蚀磨损分类及实例
冲蚀磨损类型介质第二相损坏实例
气固冲蚀磨损固体粒子烟气轮机、管道
气体
液滴冲蚀磨损液滴高速飞行器、汽轮机叶片
泥浆冲蚀磨损固体粒子水轮机叶片、泥浆泵轮
液体
气蚀（空泡腐蚀）气泡水轮机叶片、高压阀门密封面
本文研究的主要是气固冲蚀磨损，按照国外文献中的习惯表述（ＳｏｌｉｄＰａｒｔｉｃｌｅＥｒｏｓｉｏｎ），以下称为固体粒子冲蚀磨损。

１．２固体粒子冲蚀磨损
１．２．１固体粒子冲蚀磨损的定义
固体粒子冲蚀磨损是指高速气体携带大量尺寸小于１０００９ｍ的固体颗粒以一定的速度和角度对材料表面进行冲击，发生材料损耗的一种现象或过程，冲击速度一般在５５０ｍ／ｓ内。

工程中存在的固体粒子冲蚀磨损现象随处可见，如空气中的尘埃和砂粒可使直升机发动机寿命降低９０％；石油化工厂烟气发电设备中，烟气携带的破碎催化剂粉粒对回收过热气流能量的涡轮叶片会造成冲蚀；火力发电厂粉煤锅炉燃烧尾气对换热器管路的冲蚀而造成的破坏大致占管路破坏的ｌ／３：压缩机叶片的导缘只要有极少量材料冲蚀出现，Ｏ．０５ｍｍ的缝隙便能引进局部失速。

１．２．２冲蚀理论研究进展
从１９５８年第一个冲蚀理论—徼切削理论问世开始，研究者们提出了一系列关于冲蚀的模型［３－２２】，力图解释或预测材料的冲蚀行为，但到目前为止还没有一种能够完整、全面地揭示材料冲蚀的内在机理。

１．２．２．１微切削理论【３１
Ｉ．Ｆｉｎｎｉｅ讨论了刚性粒子（有足够硬度，不发生变形）对塑性金属的冲蚀，提出了微切削理论，这是第一个定量描述的完整理论，其体积冲蚀率ｖ随入射角
２
０【变化的综合表达式为
矿：Ｍ－＿＿Ｌｆｃｔｌ（１）
ｐ。

式中Ｍ为粒子的质量，ｕ为粒子速度，ｐ为粒子与靶材间的弹性流动压力。

经实验验证，该模型较好地解释了低冲击角下塑性材料受刚性粒子冲蚀的规律，但对高冲击角或脆性材料的冲蚀偏差较大，特别是在冲击角为９０。

时，其相对冲蚀体积为零，这与实际情况严重不符。

１．２．２．２基于单点冲蚀的切削模型
Ｈｕｔｃｈｉｎｇｓ‘４谰高速摄影法观察单个球形粒子及立方粒子以３０。

攻角冲击金属表面的情况，根据实验结果提出犁削和两种切削模型，示意图见图１－１。

ａ）ｃ’—＼．．——一
图１－１几种典型冲蚀坑侧切面示意图
ａ）犁削ｂ）切削Ｉ型ｃ）切削ｌｉｅ
Ｈｕｔｃｈｉｎｇｓ只做了低攻角下的单颗粒实验，其它的一些实验观察表明，多角粒子也不易出现上述典型情况。

Ｂｕｄｉｎｓｋｉｆ５］将单点冲蚀划分为四类，主要针对多角粒子：ａ）点坑型冲蚀（Ｐｉｔｔｉｎｇ），类似于硬度压头的对称性菱锥体粒子正面冲击造成的；ｂ）犁削（Ｐｌｏｗｉｎｇ），类似于犁铧对土地造成的沟，凹坑的长度大于宽度，材料被挤到沟侧面；ｃ）铲削（Ｓｈｏｖｅｌｉｎｇ），在凹坑出口端堆积材料而铲痕两侧几乎不出现变形；ｄ）切片（Ｃｈｉｐｐｉｎｇ），凹坑浅，由粒子斜掠而造成的痕迹。

四种基本类型的示意图
见图１．２。

图１－２冲蚀破坏的四种基本类型
ａ）点坑ｂ）犁前ｃ）铲削ｄ）切片
１．２．２．２锻造挤压理论【６】
锻造挤压理论也叫“成片”（Ｐｌａｔｅｌｅｔ）理论，是由Ｌｅｖｙ在大量实验的基础上提出来的。

简而言之，冲击时粒子对靶丽施加挤压力，使靶材出现凹坑及凸起的唇片，随后粒子对唇片进行“锻打”，在严重的塑性变形后，靶材呈片屑从表面流失。

冲蚀中表面会吸收入射粒子的动能而发热。

材料的冲蚀率决定于畸变层性质。

图１．３所示为镀铜钢靶在冲蚀中形成片屑的设想模型。

４
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初始状态
镀饲层’ｉ。

ｔ：誊毒¨乏ｏｏ：
：１Ｌ．Ｏ．“－－ｍ－Ｉ
图１－３镀铜钢靶在冲蚀中形成片屑的设想模型
①冲蚀坑②唇片再受冲蚀。

唇片叠加
５
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１．２．２．３变形磨损理论‘９】
１９６３年，Ｂｉｔｔｅｒ提出冲蚀磨损可分为变形磨损和切削磨损两部分，９０。

冲击角下的冲蚀磨损和粒子冲击时靶材的变形有关。

他认为反复冲击产生加工硬化，并提高材料的弹性极限，粒子冲击平面靶的冲击应力（ｏ）小于靶材屈服强度（ｏ。

）时，靶材只发生弹性变形；当巧＞ｏ。

时，形成裂纹，靶材产生弹性和塑性两种变形。

他基于冲蚀过程中的能量平衡，推导出变形磨损量和切削磨损量，总磨损量为两者之和。

该理论在单颗粒冲蚀磨损试验机上得到了验证，可较好地解释塑性材料的冲蚀现象，但缺乏物理模型的支持。

１．２．２．４弹塑性压痕破裂理论［２１】
７０年代末，Ｅｖａｎｓ等人提出了弹塑性压痕破裂理论，他们认为压痕区域下形成了弹性变形区，尔后在负荷的作用下，中间裂纹从弹性区向下扩展，形成径向裂纹。

同时，在最初的负荷超过中间裂纹的门槛值时，即使没有持续负荷，材料的残余应力也会导致横向裂纹的扩展。

他们根据冲击中接触力包括动态应力，粒子透入靶面时不产生破坏的假定，推导出的材料体积冲蚀量Ｖ与入射粒子尺寸ｒ、速度ｖｏ、密度Ｐ、材料硬度Ｈ及材料临界应力强度因子ｋ之间存在如下关系：
Ｖ“％３２ｒ３７∥８蜓‘３Ｈ。

０２６（２）此外，开始发生断裂的临界速度Ｖ。

可由下式确定：
Ｋ∞世；日。

１５（３）１．２．２．５二次冲蚀理论ｆ２３］
在冲蚀中脆性粒。

Ｆ冲击靶面会发生破碎，这种碎裂后的粒子碎片将对靶面产生第二次冲蚀。

Ｔｉｌｌｙ用高速摄影术、筛分法和电子显微镜术研究了粒子的碎裂对塑性靶材冲蚀的影响，指出粒子碎裂程度与其粒度、速度及入射角有关，粒子碎裂后可产生二次冲蚀。

此模型把冲蚀过程视为两个阶段：粒子直接入射造成的一次冲蚀和破碎粒子造成二次冲蚀，可较好地解释脆性粒子的高角冲蚀问题。

上述几种理论中，微切削理论适用于解释刚性粒子低入射角冲蚀时的切削情况，锻造挤压理论侧重于高入射角的冲蚀成片历程，变形磨损理论则着重于冲蚀过程ｔ｝ｔ的变形历程及能量变化，弹塑性压痕破裂理论较成功解释＿『刚性粒子在较低温度下对脆性利判的冲蚀行为。

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１．２．３影响因素
固体粒子冲到靶材表面上，除入射速度低于某一临界值外，一般都会造成靶材的冲蚀破坏。

耐磨性、耐冲蚀性反比于一定条件材料的冲蚀率。

材料的冲蚀率是一个受工作环境影响的系统参量，它不仅受入射粒子的速度、粒度、硬度及形状的影响，而且材料的物理、力学性能也对它起作用。

同一种材料制造的零件，环境参数稍加变化，其耐冲蚀性就可能发生大幅度的变化。

目前对冲蚀影响因素的研究主要集中于以下三方面：①冲蚀发生的环境；②冲蚀发生的条件；③材料的破坏性能。

１．２．３．１冲击角
冲击角是指靶材表面与入射粒子轨迹之间的夹角，也可称为入射角或攻角。

材料的冲蚀率和冲击角有密切关系：典型塑性材料（如纯金属和合金）最大冲蚀率出现在１５。

～３０。

冲击角内，典型脆性材料（陶瓷和玻璃）则出现在正向冲击角（９０。

），其它材料一般介于两者之间。

冲击角与冲蚀率的关系可表达为：
ｓ＝爿’ＣＯＳ２ｔＸ－ｓｉｎ棚《望鲞ｋ（４）
式中￡为冲蚀率，０ｔ为冲击角，ｎ、Ａ’、Ｂ’为常数：典型的脆性材料ＡＪ－０；塑性材料Ｂ’＝Ｏ；ｎ－－兀／２ｃｔ。

其它材料低冲击角下塑性项起主要作用，高冲击角下脆性项起主要作用，改变式中川、Ｂ’值便能满足要求。

１．２．３．２冲击速度
材料发生冲蚀磨损存在一个冲击速度的下限（门槛冲击速度，取决于粒子性能和材料性质），低于这个速度，只发生弹性碰撞，在高于这个速度时，材料冲蚀率与粒子冲击速度存在如下关系：
Ｅ＝ＫＶ”（５）
式中ｖ为粒子速度，１１为常数。

金属材料在低冲击角条件下ｒｌ为２．２－＋２．４【８０４１，在正向冲击时为２．５５ｔ１７１，陶瓷材料则在３左右【２５］。

１．２．３．３环境温度
从现有研究结果来看，塑性材料冲蚀率随温度的变化大体可分为三类［３０１３１】：ａ１随温度升高冲蚀率减小，达到最小值后又随温度升高而增大，如５Ｃｒ－０．５Ｍｏ钢、
４１０不锈钢、８００合金、Ｔｉ，６ＡＩ一４ｖ和ｗ等；ｂ）低于门槛温度时冲蚀率相差不大，超过这一温度后，冲蚀率随温度升高迅速增大，如Ｐｂ（低角冲蚀）、３１０不锈钢、１０１８钢、１１００铝合金等；ｃ）其它如碳钢、１２Ｃｒ－ｌＭｏ—Ｖ钢、２．２５Ｃｒ－ｌＭｏ钢、Ｐｂ（９００冲蚀）等的冲蚀率则始终随温度升高而增大。

温度对材料冲蚀的影响很复杂，特别是在高温条件下，很多材料的最大冲蚀角、门槛冲击速度等指标都与较低温度下的冲蚀行为有很大区别，表明其冲蚀机理有所不同。

尤其值得一提的是，脆性材料的硬度及临界应力强度因子会随温度变化而改变，根据（３）式，冲蚀率应随之变化，但实验结果表明脆性材料的冲蚀率几乎不随温度变化而改变，这说明弹塑性压痕破裂理论在解释高温下脆性材料的冲蚀行为方面存在较大缺陷，同样地，前面介绍的几种理论在解释高温下塑性材料的冲蚀行为时也有不足之处，需要进一步完善或发展新的理论来加以解释。

１．２．３．４粒度
粒度是影响材料冲蚀行为的重要因素。

塑性材料冲蚀率在一定粒度范围内随粒度增加而上升，但当粒度达到某一临界值（Ｄ。

）时，冲蚀率几乎不变，Ｄ。

的值随材料及冲蚀条件的不同而变化【３２】。

Ｚｈｏｕ等［２剐研究了不同粒度ＳｉＣ粒子对Ｔｉ．６ＡＩ．４ｖ冲蚀行为的影响，发现Ｄ。

值大约为５％ｍ，Ｙｅｒｒａｍａｒｅｄｄｙ掣”１的研究证实了这一结果。

Ｂａｈａｄｕｒ和Ｂａｄｒｕｄｄｉｎ［３４１研究了不同粒度Ａ１２０３、ＳｉＣ对１８Ｎｉ马氏体时效钢冲蚀行为的影响，发现Ａ１２０３的Ｄ。

值大约为３５岬，而ＳｉＣ则为５０９ｍ左右。

Ｌｉｅｂｈａｒｄ和Ｌｅｖｙ［２９１的研究结果则表明，ＳｉＣ粒子冲击１０１８钢时，Ｄ。

大约为２００９ｍ。

这种现象被称为“粒度效应”。

关于“粒度效应”有多种解释，如应变率影响、变形区大小的影响、表面晶粒尺寸及氧化层的影响等，Ｍｉｓｒａ和Ｆｉｒｍｉｅ［３５］对此进行了总结。

他们认为在十余种解释中，有一种相对较合理：材料近表面处存在一硬质薄层，小粒子只能对这一硬质层产生影响，当粒度大于Ｄ。

时，粒子可穿透硬质层，直接作用在材料基体上，硬质层的影响基本消失，从而表现出稳定的较高的冲蚀率。

但这种解释并不完善，缺乏数据支持。

粒度对脆性材料冲蚀行为的影响明显区别于塑性材料：冲蚀率随粒度增加不断上升，不存在临界值Ｄ。

在实际冲蚀事例中，冲蚀粒子往往不是单一粒度，而是多种粒度混杂，因此
粒度分布也是较重要的影响因素。

Ｒｏｕｔｂｏｒｔ等人㈣研究了不同粒度ＳｉＣ粒子对单晶硅的冲蚀行为，发现等重的４０ｐｍ和２７０Ｂｍ的ＳｉＣ粒子混合后冲击靶材的冲蚀率，高于以其中任何一种单独冲击靶材的冲蚀率。

Ｍａｒｓｈａｌｌ和Ｅｖａｎｓ［”１的研究结果也表明粒度分布对脆性材料冲蚀率有明显影响。

而有关粒度分布对典型塑性材料冲蚀行为的影响的研究目前尚无报道。

Ｋｌｅｉｓ冈在试验中发现用１０００目（９９ｍ）ＳｉＣ粒子冲击玻璃时，最大冲蚀角大概是３０。

，表现出塑性材料的性质。

Ｒｅｄｄｙ和Ｓｕｒｌｄａｒａｒａｊａｎｌ３９１观察到用球状刚性粒子冲击铜及铜合金时，最大冲击角为９０。

这就是脆塑性转变，对于这种现象，尚无合理解释。

１．２．３．５粒子形状
粒子形状是影响材料冲蚀率的一个主要因素。

Ｌｅｖｙ等㈣研究了不同粒度尖角粒子和球状粒子在几种流量条件下塑性材料的冲蚀行为，尖角粒子造成的冲蚀失重远大于球状粒子。

Ｂａｉｌｏｕｔ等‘４１］的研究结果表明，尖角粒子冲击玻璃导致的冲蚀失重远大于球状粒子造成的冲蚀失重。

对于这种情况，一般认为可能是尖角粒子产生较多切削或犁削造成的。

表ｌ－２粒子形状对材料冲蚀失重的影响
Ｔａｂｌｅ１－２Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓｈａｐｅｏｎｔｈｅｍａｓｓｌｏｓｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌ
ＰａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅＦｅｅｄｒａｔｅＭａｓｓｌｏｓｓ（ｍｇ）
（儿ｍ）（ｇ／ｍｉｎ）２０ｍ／ｓ６０ｍ／ｓ
ＲｏｕｎｄＡｎｇｕｌａｒＲｏｕｎｄＡｎｇｕｌａｒ２５０—３５５６．００．２１．６３０２８．０２５０～３５５Ｏ．６０．２２．Ｏ４．５３２．７４９５—６００６．Ｏ０．１ｌ２
４９５～６００２．５２．０４２．４
前述粒度对材料冲蚀率的影响时，所用的都是尖角粒子，球状粒子则有不同的影响：材料冲蚀率随球状粒子粒度增大而增加，达到一最大值后，随粒度增大而减４，ｔ２９１。

描述尖角粒子通常用两个指标：一个是宽长比（ｗ／Ｌ），另一个是周长的平方与面积之比（Ｐ２／Ａ）。

Ｂａｈａｄｕｒ和Ｂａｄｒｕｄｄｉｎｉ３４１研究了多角ＳｉＣ对１８Ｎｉ马氏体时效钢冲蚀行为的影响，发现材料冲蚀率与ｗ／Ｌ呈反比关系，与Ｐ２／Ａ呈『Ｆ比关系。

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对于其它材料是否存在同样关系还不得而知。

１．２＿３．６粒子硬度
粒子与材料表面硬度比（Ｈ；Ｈ。

）对材料冲蚀行为有重要影响。

Ｔａｂｏｒ指出当Ｈｐ／Ｈｔ＞１．２时，塑性材料冲蚀率大，且趋于饱和，当Ｈｐ／Ｈｌ＜１．２时，冲蚀率随Ｈ。

／Ｈｔ减小而降低。

章磊、毛志远等人研究了几种模具钢在Ａｌｚ０３、玻璃砂冲击作用下冲蚀行为，认为粒子硬度高于或接近于材料硬度时，材料的冲蚀磨损由切削、犁沟以及薄片机制形成。

粒子硬度低于材料硬度时，粒子通过多次冲击造成小片脱落使材料流失［４２１。

Ｇｕｌｄｅｎ［４３１观察到氮化硅在被硅粒子（相对较软）冲击后，没有产生横向裂纹，而用硬粒子冲击后则有横向裂纹，她认为这种差异可能是由于软粒子不会在靶材表面发生弹性流动，材料流失仅仅足没有二次变形的薄片机制造成的，这使得材料冲蚀率较低。

与之相反，Ｓｒｉｎｉｖａｓａｎ和Ｓｃａｔｔｅｒａｏｏｄ［４４】认为软粒子冲击材料可能产生横向裂纹，但有赖于是否达到足以产生裂纹的应力水平。

Ｓｈｉｐｗａｙ和Ｈｕｔｃｈｉｎｇｓ［４５１发现当Ｈｐ／Ｈ。

逐渐减小到ｌ时，材料冲蚀率迅速降低，他们认为硬粒子冲蚀主要是弹塑性压痕机理所致，而软粒子冲蚀则是薄片机制作用的结果。

１．２．３．７材料的硬度和强度
对其它磨损形式，特别是与冲蚀磨损较相近的磨粒磨损而言，通常材料的硬度和强度越高，其耐磨损性能也越好，但冲蚀磨损不是这样。

Ｓｕｎｄａｒａｒａｊａｎ和ＭａｎｉｓｈＲｏｙ【４６］总结了近几十年来在近室温条件下各种硬化（强化）方法对滩相金属及合金以及多相合金冲蚀率的影响的研究结果：退火状态的纯金属硬度与冲蚀率呈良好的线性关系，而冷加工、细晶强化、固溶强化都不能提高单相金属材料的抗冲蚀能力；马氏体硬化、沉淀硬化、弥散强化等方法对多相合金冲蚀率的影响无明显规律。

就现有研究结果来看，在所有金属材料中只有纯金属酬和铸铁㈣的抗冲蚀能力随硬度（强度）的增加而提高。

Ｎｉｎｈａｍ｛４９１的研究表明，尽管几种铁基、镍基和钠基合金具有区别明显的组成、机械性能和物理性质，但它们冲蚀行为十分相似，冲蚀率区别不大。

Ｆｏｌｅｙ和Ｌｅｖｙｌ５０１研究了不同热处理条件ＡＩＳＩ４３４０钢的冲蚀行为，发现在强度和硬度明显提高的同时，冲蚀失重反而略有增加（从Ｏ．９０ｍｇ增至
ＩＯ
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１．０３ｍｇ）。

由式（３）可以看出，硬度对脆性材料的冲蚀率有一定影响，在其它参数不变的情况下，硬度增加有利于提高材料抗冲蚀能力。

Ｓｒｉｎｉｖａｓａｎ和Ｓｃａｔｔｅｒｇｏｏｄ［５１１基于Ｈｐ／Ｈ。

对脆性材料冲蚀率影响的研究，认为硬度对脆性材料的抗冲蚀能力起决定性作用，但多数研究者［４９，５６－６１１认为硬度对脆性材料的影响是相对的，Ｓｈｉｐｗａｙ和Ｈｕｔｃｈｉｎｇｓ［４５１考虑到Ｈ。

／Ｉ－Ｉ。

的影响，认为弹塑性压痕破裂理论中对硬度的影响估计略有不足。

总而言之，硬度对材料冲蚀行为有重要影响，但不是决定性因素，在实际选材过程中，硬度是需要考虑的一个因素，尤其是要结合粒子硬度考察Ｈ廿／Ｈ。

的影响，但不能仅根据硬度简单地预测材料的抗冲蚀能力，而应结合使用条件，通过实验来确定。

１ｆ２＿３．８材料的塑性和韧性
塑性对材料冲蚀行为的影响主要是针对塑性材料而言。

在Ｆｏｌｅｙ和Ｌｅｖｙ［５０１的研究中，冲蚀失重随强度和硬度增大略有增加，但却表现出随塑性增加而降低的性质。

在Ｃｕ、ｃｕ．Ａ１、ｃｕ．ｚｎ体系【５８］以及铸铁‘叫中也有类似情况，这似乎表明金属材料抗冲蚀能力随塑性增加而提高。

然而，其它的研究结果否定了这一说法，如在不锈钢中，中等塑性的不锈钢表现出最好的抗冲蚀性能‘５９１。

对脆性材料而言，断裂韧性是影响材料冲蚀行为的一个主要因素。

从式（３）来看，断裂韧性的影响大于硬度的影响，也就是说在一定范围内，即使硬度相对较低，韧性好的脆性材料抗冲蚀能力仍然较高，这一结论已经得到了证实［５２－５７］。

从另一方面来看，脆性材料低角冲蚀条件下也存在硬粒子对靶材的犁削作用，因此，在保证足够的断裂韧性的前提下，硬度高有利于提高材料的抗冲蚀能力。

１．２３．９材料的显微组织
Ｂａｌａｎ等【４８】对灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁冲蚀行为的研究表明，它们的抗正向冲出能力由高到低依次为：球墨铸铁＞可锻铸铁＞灰口铸铁，显微组织的抗冲蚀能力：球状石墨＞片状石墨，回火马氏体＞片状珠光体。

如前所述，有研究表明，不同热处理条件ＡＩＳＩ４３４０钢的冲蚀率区别不大…，因此对ＡＩＳＩ４３４０钢来说，很难断言哪种显微组织的抗冲蚀能力更好。

『司时，有研究者‘６０１发现不同显微
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组织的碳钢具有不同的抗冲蚀能力，由高到低依次为：珠光体＞回火马氏体＞马氏体，并且马氏体结构的碳钢在较高冲击速率时表现出脆性材料的冲蚀特征。

另外，对于硬质第二相对不同双相或多相合金冲蚀行为的影晌，不同研究者［４９，６０－６２１的观点不尽相同，较一致的看法是碳化物尺寸、形状、位置等因素对材料冲蚀率有一定影响，但不象对硬度、塑性等机械性能的影响那么明显。

Ｌｅｖｙ［６２１较系统的研究了碳化物含量对塑性材料抗冲蚀能力的影响，发现碳化物含量的增加导致材料抗冲蚀性能下降，直到碳化物含量达到８０％左右，形成连续的碳化物框架，才呈现出相反的趋势。

总体来看，目前对双相或多相合金显微结构对其抗冲蚀能力的影响虽有一些了解，但多局限在某一局部，有时由于评价体系不同，甚至可能得出相互矛盾的结果，缺乏规律性，还需要迸一步深入研究。

脆性材料的显微组织对材料冲蚀行为有重要影响，一般认为１６３－－６６１，较低的气孔率和较细的晶粒有利于提高材料的抗冲蚀能力，这是因为气孔等缺陷的存在使得裂纹容易在这些部位萌生和扩展，较多的气孔更容易造成材料的流失；晶粒的细化导致晶粒边界的增多，从而限制了裂纹的扩展。

１．２．４高分子材料的冲蚀磨损研究
由于高分子材料具有粘弹性，因此在冲蚀磨损过程中具有“时间依赖性”和“温度依赖性”［６”，表现出与金属材料和陶瓷材料不同的特点。

Ｔｉｌｌｙ掣“ｊ用真空离一１５，；０ｌ，（Ｗｈｉｒｌｉｎｇａｒｍｒｉｇ）１２５～１５０ｐｍｎ的石英砂对尼龙６６和环氯树脂及其复合材料做了冲蚀实验。

从冲蚀粒子的种类和尺寸因素来看，他们认为对较脆的材料如环氧树脂在冲蚀过程中有两种倾向：①冲蚀粒子的硬度越高对聚合物造成的损失越大：②冲蚀粒子的粒径越大其破坏作用也越大；对延性的聚合物情形则有所不同：ａ）由于它们本身的低硬度，冲蚀粒子的硬度变化对它们不会产生明显的影响；ｂ）冲蚀粒子的尺寸效应仅在直径为ｌＯＯｇｍ左右时才产生。

Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈ［６９］将聚合物分为两类：脆性聚合物材料如聚苯乙烯、环氧树脂；韧性聚合物材料如聚乙烯。

研究发现脆性高分子材料的冲蚀率从一开始就呈线性增加，而韧性商分子材料的冲蚀率在呈线性增加之前有一个增重的孕育期。

无规、不定形的聚丙烯比晶态的聚丙烯有更好的耐冲蚀性能。

聚丙烯的耐冲蚀性能可通。