耐磨耐火材料常溫耐磨性檢測技術(shù)

一、檢測原理

耐磨耐火材料的常溫耐磨性，是指材料在室溫條件下抵抗摩擦、研磨、剝蝕等機械作用的能力。其檢測主要基于以下科學(xué)原理：

1. 摩擦磨損原理：當(dāng)兩個接觸表面在壓力作用下發(fā)生相對運動時，材料表面會因摩擦作用而逐漸損耗。磨損量取決于材料的硬度、韌性、強度、顯微結(jié)構(gòu)以及摩擦條件（如壓力、速度、磨料特性等）。

2. 沖擊磨損原理：磨料以一定速度和角度沖擊材料表面，造成材料的微觀斷裂、剝落或塑性變形。此原理模擬了高速顆粒流對材料的沖蝕工況。

3. 疲勞磨損原理：在循環(huán)載荷或重復(fù)摩擦作用下，材料表面或亞表面萌生微裂紋并擴展，終導(dǎo)致材料顆粒脫落。這在有振動或周期性接觸的設(shè)備中尤為關(guān)鍵。

4. 磨料磨損原理：硬質(zhì)磨料顆粒在壓力作用下劃過或滾過材料表面，產(chǎn)生犁削、微觀切削和脆性斷裂，導(dǎo)致材料移除。這是普遍和主要的磨損形式。

檢測的核心是通過標(biāo)準(zhǔn)化的實驗方法，模擬上述一種或多種磨損機制，量化材料在特定條件下的質(zhì)量或體積損失，從而評價其耐磨性能。

二、檢測項目

常溫耐磨性檢測項目可根據(jù)磨損機制和應(yīng)用場景進行系統(tǒng)分類：

1. 磨料磨損檢測

   • 銷盤式磨損：測定圓柱形試樣在旋轉(zhuǎn)磨盤上的磨損量，可精確控制載荷、速度和磨料。

   • 橡膠輪磨料磨損：試樣與旋轉(zhuǎn)的橡膠輪擠壓接觸，其間加入標(biāo)準(zhǔn)磨料，模擬低應(yīng)力 scratching 和 rolling 磨損。

   • 噴射磨料磨損：通過壓縮空氣將磨料顆粒加速后噴射到試樣表面，模擬高應(yīng)力沖蝕磨損。

2. 沖擊磨損檢測

   • 重力式?jīng)_擊磨損：磨料在重力作用下自由落體沖擊傾斜放置的試樣表面。

   • 氣動式?jīng)_擊磨損：利用氣流加速磨料，以特定角度沖擊試樣，能量可控性更強。

3. 綜合磨損檢測

   • 某些檢測方法可能同時包含滑動、沖擊等多種磨損形式的復(fù)合作用，更接近于某些復(fù)雜工況。

三、檢測范圍

耐磨耐火材料的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，各領(lǐng)域?qū)Τ啬湍バ缘囊蟾饔袀?cè)重：

1. 水泥工業(yè)：旋風(fēng)預(yù)熱器內(nèi)筒、篦冷機喉部、下料管、噴煤管等，要求抵抗熟料顆粒的高速沖刷和沖擊。

2. 鋼鐵冶金：高爐爐喉、送風(fēng)支管、魚雷罐車沖擊區(qū)，需承受爐料、鐵水、熔渣的磨損與沖擊。

3. 電力行業(yè)：循環(huán)流化床鍋爐旋風(fēng)分離器、返料器、燃燒室密相區(qū)，面臨高濃度煤灰顆粒的劇烈沖刷。

4. 有色金屬：電解槽、熔鋁爐流口、反射爐內(nèi)襯，抵抗金屬液流和氧化鋁原料的磨損。

5. 化工與垃圾焚燒：反應(yīng)器、旋風(fēng)分離器、煙道，應(yīng)對催化劑顆粒、固體廢棄物等的磨蝕。

6. 礦業(yè)與建材：物料輸送管道、溜槽、選粉機葉片等，承受礦石、砂石等硬質(zhì)物料的磨損。

檢測需根據(jù)不同部位的實際工況，選擇合適的檢測方法和評判標(biāo)準(zhǔn)。

四、檢測標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)外針對耐磨耐火材料的檢測標(biāo)準(zhǔn)體系較為完善，但存在一定差異。

對比分析：ASTM C704/GB-T 18301系列與EN 993-18系列是兩種主流的、原理迥異的方法。前者更適用于模擬高速顆粒氣流沖蝕的工況（如旋風(fēng)筒），后者更適用于模擬滑動摩擦工況（如溜槽底板）。選擇標(biāo)準(zhǔn)時，必須結(jié)合材料的實際服役條件。

五、檢測方法

以應(yīng)用廣泛的ASTM C704/GB-T 18301（氣動噴射磨料法） 為例，介紹其主要操作要點：

1. 試樣制備：按規(guī)定尺寸切割或澆注成型試樣，通常為長方體或圓柱體。試樣需經(jīng)過干燥、烘烤至恒重，精確測量尺寸并稱重。

2. 設(shè)備校準(zhǔn)：確保噴嘴孔徑、空氣壓力、磨料流量計、噴射時間控制器等關(guān)鍵參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。定期使用標(biāo)準(zhǔn)樣品進行校準(zhǔn)。

3. 磨料準(zhǔn)備：使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的等級和粒度的氧化鋁磨料，并保持干燥、潔凈。

4. 測試過程：

   • 將試樣牢固安裝在試樣夾具上，使噴嘴對準(zhǔn)試樣中心，并保持規(guī)定距離。

   • 啟動設(shè)備，壓縮空氣將定量的磨料以穩(wěn)定流速噴射到試樣表面。

   • 達到預(yù)設(shè)的噴射時間或磨料量后，自動停止。

5. 后處理：小心取下試樣，清除表面附著物，再次精確稱重。

6. 計算：根據(jù)質(zhì)量損失、材料密度和受磨面積，計算體積磨損量（cm³）。

關(guān)鍵操作要點：

• 壓力穩(wěn)定性：壓縮空氣壓力必須保持恒定，否則直接影響磨料速度和沖擊能量。

• 磨料流量均勻性：流量波動會導(dǎo)致結(jié)果偏差。

• 噴嘴與試樣對中：偏置會導(dǎo)致磨損坑不對稱，影響結(jié)果準(zhǔn)確性。

• 環(huán)境控制：避免強氣流和振動干擾。

六、檢測儀器

常溫耐磨性檢測儀器的技術(shù)特點如下：

1. 氣動噴砂式耐磨試驗機：

   • 核心部件：空氣壓縮機、穩(wěn)壓罐、磨料儲罐與流量控制器、噴嘴、試樣夾具、計時器。

   • 技術(shù)特點：能夠精確控制空氣壓力（通常為0.4-0.6 MPa）和磨料流量（如450±15 g/min）。噴嘴采用高耐磨材料制成，內(nèi)徑和長度有嚴(yán)格公差要求。試樣夾具需保證定位、牢固。

2. 旋轉(zhuǎn)盤式磨損試驗機：

   • 核心部件：旋轉(zhuǎn)平臺、加載系統(tǒng)、磨料供給系統(tǒng)（或磨盤）。

   • 技術(shù)特點：可精確控制旋轉(zhuǎn)速度、施加載荷以及試驗時間。磨料可以是自由磨料，也可以是固定的砂紙或磨輪。

3. 橡膠輪磨損試驗機：

   • 核心部件：橡膠輪、加載桿、磨料漏斗、計數(shù)器。

   • 技術(shù)特點：通過杠桿系統(tǒng)對試樣施加恒定壓力，橡膠輪的硬度和磨損狀態(tài)對結(jié)果有顯著影響，需定期檢查更換。

所有儀器均應(yīng)具備良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性，并定期通過檢測標(biāo)準(zhǔn)樣品進行期間核查。

七、結(jié)果分析

1. 結(jié)果表示：

   • 體積磨損量 (V)：常用的指標(biāo)，單位立方厘米（cm³）。計算公式：V = (M1 - M2) / (ρ * A)，其中M1、M2為試驗前后質(zhì)量(g)，ρ為材料體積密度(g/cm³)，A為受磨面積(cm²)。體積磨損量越小，材料耐磨性越好。

   • 耐磨性系數(shù)：有時以標(biāo)準(zhǔn)樣品的磨損量為基準(zhǔn)，計算被測樣品的相對耐磨性。

2. 評判標(biāo)準(zhǔn)：

   • 依據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：不同材質(zhì)和用途的耐磨耐火材料，其產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)（如YB/T、JC/T等）會規(guī)定常溫耐磨性的高允許體積磨損量。例如，某些高性能耐磨澆注料要求體積磨損量不大于6 cm³。

   • 對比分析：在研發(fā)或選材時，通過與已知性能的參照樣品在相同條件下的測試結(jié)果進行對比，評判優(yōu)劣。

   • 微觀分析輔助：結(jié)合掃描電子顯微鏡（SEM）觀察磨損表面的形貌，分析磨損機制（如切削、斷裂、剝落等），為材料改進提供方向。例如，若觀察到大量脆性斷裂，則表明材料需增強韌性；若以犁溝為主，則需提高硬度。

3. 影響因素分析：

   • 材料本質(zhì)：硬度、強度、韌性、顆粒與基質(zhì)的結(jié)合強度、氣孔率與孔徑分布等。

   • 測試條件：空氣壓力、磨料種類與粒度、噴射角度與距離、磨料流量等。任何偏離標(biāo)準(zhǔn)條件的操作都會導(dǎo)致結(jié)果不可比。

   • 結(jié)果分析應(yīng)綜合考慮測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分散性以及與實際工況的關(guān)聯(lián)性，做出科學(xué)、準(zhǔn)確的評判。