陶瓷噴嘴及其沖蝕磨損

前言

噴嘴廣泛地應用于機械、石油、化工、汽車、冶金、航空航天、造船、玻璃、煤炭等領域，是表面清洗、表面強化和噴射切割等機械設備上的關鍵部件之一，噴嘴的使用范圍幾乎涵蓋所有機械制造企業(yè)，其需求量十分巨大。噴嘴需要具有高硬度和耐磨性，目前，國內外常用噴嘴材料主要采用金屬和硬質合金，但金屬和硬質合金噴嘴的硬度低、耐磨性能差，導致噴嘴使用壽命短，需要頻繁更換噴嘴，不僅需要消耗大量的金屬或稀有貴重合金，增加資源消耗，而且影響生產(chǎn)效率，增加了成本和工人的勞動強度。陶瓷材料因具有硬度高、耐磨損、熔點高、耐高溫、耐腐蝕、化學性能穩(wěn)定和資源豐富等優(yōu)點，是制備噴嘴的理想材料。用陶瓷材料制備噴嘴可大大提高噴嘴壽命，因此，研究開發(fā)高性能、長壽命的陶瓷噴嘴一直是我國噴嘴技術研究的重點。同時，噴嘴的沖蝕磨損主要是內孔表面的磨損，且磨料顆粒在噴嘴內的運動十分復雜，這使得國內外對噴嘴的沖蝕磨損機理的研究還不夠深入。目前，國內外對陶瓷噴嘴沖蝕磨損的研究報道不多。因此，深入研究陶瓷噴嘴的沖蝕磨損機理，將對提高噴嘴的壽命、降低生產(chǎn)成本有重要的理論和實際意義，同時對于發(fā)展和擴大陶瓷材料的應用領域有重要的推動作用。本書作者多年來致力于新型陶瓷噴嘴的研究開發(fā)及其沖蝕磨損機理研究，本書是在總結這些研究成果的基礎上撰寫而成的，其內容直接取材于作者在國內外專業(yè)期刊上發(fā)表的學術論文（見附錄）和作者指導的博士研究生的博士論文，涉及陶瓷噴嘴材料的設計理論、梯度功能陶瓷噴嘴材料設計理論、陶瓷噴嘴材料的制備工藝、陶瓷噴嘴的結構設計與優(yōu)化、陶瓷噴嘴的沖蝕磨損等多學科交叉領域，涵蓋了理論分析、試驗研究、材料制備和微觀結構分析等多個環(huán)節(jié)。撰寫此書的目的在于向讀者介紹該領域的最新進展，并在實際中推廣應用這些成果，希望能對推動我國噴嘴技術的發(fā)展和應用水平的提高起到積極有益的作用。

內容概要

本書是結合作者多年來從事陶瓷噴嘴技術研究成果編寫而成的。在全面分析國內外噴嘴技術發(fā)展現(xiàn)狀的基礎上，著重論述陶瓷噴嘴的制備方法、陶瓷噴嘴的結構形式、陶瓷噴嘴力學性能和微觀結構、陶瓷噴嘴沖蝕磨損試驗方法、陶瓷噴嘴的沖蝕磨損機理、梯度功能陶瓷噴嘴及其沖蝕磨損、陶瓷水煤漿噴嘴及其沖蝕磨損等。本書從理論和應用兩方面，著眼于最新的內容和動向，既有理論分析，又結合實際應用，反映了陶瓷噴嘴及其沖蝕磨損國內外的最新成果。    本書是廣大從事表面工程、水射流加工、水煤漿鍋爐等領域的技術人員、管理人員和設備操作人員進行技術和裝備開發(fā)的參考書，也可作為科研人員、高等工科院校教師科研參考書，以及機械類專業(yè)研究生、本科生、專科生的教學參考書。

書籍目錄

前言第1章  緒論  1.1 噴嘴的作用和應用  1.2 陶瓷噴嘴的國內外研究狀況  1.3 噴嘴的沖蝕磨損研究現(xiàn)狀    1.3.1 沖蝕磨損的定義    1.3.2 沖蝕磨損的種類    1.3.3 沖蝕磨損研究簡史    1.3.4 陶瓷材料沖蝕磨損機理    1.3.5 陶瓷噴嘴沖蝕磨損的研究第2章  噴嘴材料與結構  2.1 常用噴嘴材料    2.1.1 金屬噴嘴    2.1.2 硬質合金噴嘴    2.1.3 陶瓷噴嘴  2.2 常用噴嘴結構    2.2.1 圓柱形直孔噴嘴結構    2.2.2 錐口噴嘴結構    2.2.3 文丘里噴嘴結構    2.2.4 特種噴嘴結構    2.2.5 組合式噴嘴結構  2.3 水煤漿噴嘴結構第3章  陶瓷噴嘴的制備及其力學性能和微觀結構  3.1 陶瓷噴嘴的制備    3.1.1 原材料的處理    3.1.2 陶瓷噴嘴熱壓模具的設計    3.1.3 陶瓷噴嘴材料的燒結工藝    3.1.4 陶瓷噴嘴材料性能測試  3.2 碳化硼基陶瓷噴嘴材料的力學性能和微觀結構    3.2.1 B4C的晶體結構與性能    3.2.2 B4C／（w，Ti）C陶瓷噴嘴材料的力學性能    3.2.3 B4C／（w，Ti）C陶瓷噴嘴材料的微觀結構    3.2.4 B4C／TiC／Mo陶瓷噴嘴材料力學性能    3.2.5 B4C／TiC／Mo陶瓷材料的微觀結構  3.3 碳化硅基陶瓷噴嘴材料的力學性能和微觀結構    3.3.1 Sic的晶體結構與性能    3.3.2 SiC／（W，Ti）C陶瓷噴嘴材料的力學性能    3.3.3 Sic／（W，Ti）C陶瓷噴嘴材料的微觀結構    3.4小結第4章  陶瓷噴嘴的沖蝕磨損特性  4.1 沖蝕磨損試驗工作原理  4.2 沖蝕磨損試驗裝置  4.3 沖蝕磨損試驗用磨料  4.4 陶瓷噴嘴沖蝕磨損的宏觀特征    4.4.1 試驗條件    4.4.2 陶瓷噴嘴沖蝕磨損的測定    4.4.3 B4C／（W，Ti）C陶瓷噴嘴的沖蝕磨損宏觀特征    4.4.4 Al203／（W，Ti）C陶瓷噴嘴的沖蝕磨損宏觀特征    4.4.5 硬質合金噴嘴的沖蝕磨損宏觀特征    4.4.6 金屬噴嘴的沖蝕磨損宏觀特征  4.5 陶瓷噴嘴質量損失分析  4.6 陶瓷噴嘴體積沖蝕磨損率對比  4.7 陶瓷噴嘴沖蝕磨損的影響因素    4.7.1 磨料硬度對噴嘴沖蝕磨損率的影響    4.7.2 磨料硬度與噴嘴硬度比（Hp／Ht）對噴嘴沖蝕磨損率的影響    4.7.3 磨料顆粒形狀及粒度對噴嘴沖蝕磨損率的影響  4.8 小結第5章  陶瓷噴嘴沖蝕過程應力分析及其沖蝕磨損機理  5.1 沖蝕過程中磨料顆粒對噴嘴內壁的碰撞分析  5.2 陶瓷噴嘴沖蝕過程中應力的有限元分析    5.2.1 有限元建模    5.2.2 B4C／（W，Ti）C陶瓷噴嘴沖蝕過程中的應力分析    5.2.3 不同材料陶瓷噴嘴的應力對比    5.2.4 不同材料陶瓷噴嘴的最佳人口錐角  5.3 陶瓷噴嘴的沖蝕磨損機理    5.3.1 脆性材料沖蝕理論    5.3.2 陶瓷噴嘴沖蝕磨損模型的建立    5.3.3 陶瓷噴嘴的沖蝕磨損機理  5.4 小結第6章  梯度功能陶瓷噴嘴及其沖蝕磨損  6.1 梯度功能陶瓷噴嘴設計模型    6.1.1 梯度陶瓷噴嘴設計思想    6.1.2 梯度陶瓷噴嘴物理模型    6.1.3 梯度陶瓷噴嘴組成分布模型    6.1.4 梯度陶瓷噴嘴物性參數(shù)模型  6.2 梯度功能陶瓷噴嘴材料的設計    6.2.1 梯度陶瓷噴嘴材料體系設計    6.2.2 梯度功能陶瓷噴嘴殘余應力分析模型的建立    6.2.3 組成分布與梯度陶瓷噴嘴殘余應力的關系    6.2.4 梯度層厚與梯度陶瓷噴嘴殘余應力的關系    6.2.5 梯度層組分差與梯度陶瓷噴嘴殘余應力的關系    6.2.6 燒結溫度與梯度陶瓷噴嘴殘余應力的關系  6.3 梯度功能陶瓷噴嘴材料的制備、物理力學性能及顯微結構    6.3.1 梯度陶瓷噴嘴材料的制備    6.3.2 SiC／（W，Ti）C梯度陶瓷噴嘴材料的研制及物理力學性能    6.3.3 梯度陶瓷噴嘴材料的顯微結構  6.4 梯度功能陶瓷噴嘴沖蝕磨損機理    6.4.1 試驗條件    6.4.2 梯度與非梯度陶瓷噴嘴的質量損失    6.4.3 梯度與非梯度陶瓷噴嘴的內徑變化    6.4.4 梯度與非梯度陶瓷噴嘴的內孔輪廓變化    6.4.5 梯度與非梯度陶瓷噴嘴的體積沖蝕磨損率    6.4.6 梯度陶瓷噴嘴沖蝕磨損機理  6.5 小結第7章  陶瓷水煤漿噴嘴及其沖蝕磨損  7.1 水煤漿噴嘴應滿足的要求  7.2 組合式陶瓷水煤漿噴嘴的結構設計    7.2.1 現(xiàn)有水煤漿噴嘴存在的問題    7.2.2 組合式陶瓷水煤漿噴嘴的設計思路    7.2.3 組合式陶瓷水煤漿噴嘴的特點  7.3 陶瓷水煤漿噴嘴沖蝕磨損的試驗方法    7.3.1 試驗裝置    7.3.2 試驗條件和檢測方法  7.4 陶瓷水煤漿噴嘴的沖蝕磨損特性    7.4.1 陶瓷水煤漿噴嘴的磨損失重    7.4.2 陶瓷水煤漿噴嘴沖蝕磨損影響因素的研究    7.4.3 陶瓷水煤漿噴嘴的使用壽命    7.4.4 陶瓷水煤漿噴嘴的綜合效果  7.5 陶瓷水煤漿噴嘴溫度場和熱應力的分析    7.5.1 陶瓷水煤漿噴嘴溫度場和熱應力的有限元分析建模    7.5.2 有限元分析的邊界條件    7.5.3 陶瓷水煤漿噴嘴溫度場分析    7.5.4 陶瓷水煤漿噴嘴熱應力分析    7.5.5 出口帶錐角的CNW-1陶瓷水煤漿噴嘴的溫度場和熱應力  7.6 陶瓷水煤漿噴嘴沖蝕磨損機理的研究    7.6.1 陶瓷水煤漿噴嘴沖蝕磨損的宏觀特征    7.6.2 水煤漿噴嘴熱沖擊損壞的理論分析    7.6.3 陶瓷水煤漿噴嘴沖蝕磨損機理    7.6.4 提高陶瓷水煤漿噴嘴抗熱沖擊性能的措施  7.7 小結參考文獻附錄  作者發(fā)表的主要相關文獻

章節(jié)摘錄

第1章 緒論 1.1 噴嘴的作用和應用噴嘴廣泛應用于機械、石油、化工、汽車、船舶、航空航天、冶金、煤炭等各行各業(yè)，是表面強化、表面清洗、表面噴涂、表面改性、磨料噴射切割、水射流切割等機械設備上的關鍵部件之一。噴嘴可與各種干式或濕式噴砂機、噴丸機、切割機配套使用，以壓縮空氣或液體為動力，通過噴槍噴嘴將磨料高速噴射到零件表面，達到表面處理的目的。噴嘴的使用范圍幾乎涵蓋所有機械制造企業(yè)，其需求量巨大。幾乎所有的工程機械廠都需要使用噴砂或噴丸設備進行表面處理，各種機械設備、管道等在噴漆前，需要對表面進行噴砂或噴丸處理；石油行業(yè)的各種管道需要用噴砂進行清洗；日本等工業(yè)發(fā)達國家在切割鋼材時，采用噴磨料切割，大量使用噴嘴。噴嘴的主要用途如下。1）表面預處理：通過噴砂對電鍍、噴涂表面進行預處理，可大大提高鍍層和涂層附著力。2）表面強化和表面改性：通過對工件表面進行噴砂處理，可提高金屬表面硬度和疲勞壽命。3）表面清理：采用噴砂處理，可對鑄造件、鍛壓件、沖壓件、焊接件、熱處理件、軋鋼件、舊機件、防銹層等去氧化皮和毛刺；對大面積物件（如集裝箱、鋼板、船舶、石材）表面清理除銹；對食用模具、廚具、器皿等除菌和清洗；對各種機件里外除油、除銹和磨光等；對橡膠模、塑膠模、制玻璃模、金屬模等清潔和磨光。圖1-1所示為噴砂加工示意圖，圖1-2為噴砂設備工作原理示意圖。空氣壓縮機將空氣壓縮到一定的壓力，經(jīng)過濾器和流量計進入噴射器，壓縮空氣作為工作介質，而磨料作為引射介質，當壓縮空氣進入噴射器時，高壓氣體形成負壓，將磨料吸入，在噴射器混合室中氣體與磨料之間相互接觸，并進行動能、動量傳遞，氣體速度和壓力逐漸下降，而固體的速度逐漸增大，從而使氣固兩相的速度分布基本達到均勻。均勻的氣固兩相流體從噴嘴噴出，從而實現(xiàn)噴射加工。

圖書封面

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