由于耐火材料在使用中經(jīng)常受到高溫甚至高速含塵氣流的沖蝕，近年來對其耐磨性的研究日漸增多，而且隨著高溫耐磨設(shè)備的不斷完善，對耐火材料高溫耐磨性的研究也隨之開展起來。胡水等研究了剛玉耐火材料的高溫耐磨性，認(rèn)為減少水泥加入量和提高硅微粉加入量可以提高材料的高溫耐磨性，而增大磨料顆粒尺寸和增大沖蝕角可以增加對其材料的磨損。研究了碳化硅加入量對低水泥礬土澆注料的高溫耐磨性的影響，發(fā)現(xiàn)隨著碳化硅含量的增加，材料的磨損量趨于增大，而且在試驗(yàn)溫度低于600℃時，不同碳化硅含量澆注料的磨損量差別較大，而溫度在1000℃以上時澆注料磨損量基本上一致；所有材料的磨損量均隨著試驗(yàn)溫度的升高而減少。為此，本文利用新研究的高溫耐磨實(shí)驗(yàn)機(jī)，以高鋁澆注料為原料，研究了臨界粒度、水泥加入量和熱處理溫度等對材料高溫耐磨性的影響。
試驗(yàn)
試驗(yàn)原料
高鋁澆注料所用主要原料有特級礬土熟料、SiO2微粉、α—Al2O3微粉、ρ—Al2O3微粉和純鋁酸鈣水泥，其理化性能指標(biāo)如表1所示。
表1 主要原料理化性能指標(biāo)
試驗(yàn)方案
不同水泥加入量的試樣配方如表2所示。在各試樣配比中加入0.05%的三聚磷酸鈉和0.08%的六偏磷酸鈉作為分散劑。試驗(yàn)選用臨界粒度分別為5、8、15mm的高鋁澆注料試樣，并考察臨界粒度對其高溫耐磨性的影響。
表2 不同水泥加入量的試樣配方（wB/%）
試樣制備
按配方進(jìn)行配料，在攪拌鍋中混合，加水量約為5%，在振動臺上振動澆注成型，濕養(yǎng)護(hù)24h后脫模，在烘箱中干燥（110℃×24h）。
試驗(yàn)分別在600℃×3h、1000℃×3h、1200℃×3h條件下進(jìn)行處理，然后進(jìn)行對應(yīng)試驗(yàn)溫度下的高溫耐磨性測定。
性能測試
高溫耐磨性試驗(yàn)采用新研制的高溫耐磨實(shí)驗(yàn)機(jī)，即試樣在耐磨機(jī)的高溫室中加熱至試驗(yàn)溫度并保溫30min，采用壓縮空氣噴吹一定量特定粒度的碳化硅砂磨料至試樣表面上，根據(jù)試樣磨損前后的體積損失評價材料在某一溫度的高溫耐磨性。試驗(yàn)溫度選取常溫、600、800、1000、1200℃，磨料噴吹量為1000g，噴吹時間為900s，試樣尺寸為100mm×100mm×（25~30）mm。
結(jié)果與討論
水泥加入量對澆注料高溫耐磨性的影響
不同試驗(yàn)溫度下水泥加入量與高鋁澆注料磨損體積的關(guān)系。在常溫和1000℃條件下，隨著水泥含量的增加，高鋁澆注料的磨損量均逐漸減小。而在1200℃時，隨著水泥含量的增加，澆注料磨損量卻略有增大。這是因?yàn)樵诔叵乱布春婵竞笤嚇拥目拐蹚?qiáng)度和耐壓強(qiáng)度隨著水泥含量的增加而增大，所以澆注料磨損量減低；在1000℃時，可能由于水泥引入的CaO與材料中Al2O3、SiO2反應(yīng)形成一定數(shù)量的鈣長石等低熔相，促進(jìn)了試樣的燒結(jié)而致密化使強(qiáng)度提高，所以隨著水泥含量的增加，澆注料磨損量有所降低。但是，當(dāng)溫度升高至1200℃時，由于高鋁質(zhì)材料的玻璃相粘度降低，高鋁澆注料進(jìn)入黏滯流動階段，而且水泥含量越大，生成的玻璃相量越多，黏滯力越小，沖擊磨損越多，因此高鋁澆注料的磨損量隨水泥含量的增加略有增大。
為了進(jìn)一步比較低水泥結(jié)合和無水泥結(jié)合高鋁澆注料的高溫耐磨性能，選用ρ—Al2O3微粉代替水泥作結(jié)合劑進(jìn)行了高溫耐磨性試驗(yàn)。不同結(jié)合體系與高鋁澆注料的高溫耐磨性的關(guān)系。材料在各試驗(yàn)溫度下的耐磨性差別較小，但在高溫條件下，無水泥澆注料的耐磨性稍好一些。這可能是由于ρ—Al2O3微粉結(jié)合的高鋁質(zhì)澆注料在1200℃時產(chǎn)生的玻璃相相對較少，從而使其具有較高的強(qiáng)度。
熱處理溫度對澆注料高溫耐磨性的影響
選擇配方中CA—6試樣為研究對象，將其分別在600、1000℃、1200℃條件下熱處理后，進(jìn)行不同溫度下的耐磨性比較。圖3為高鋁澆注料磨損量與試驗(yàn)溫度之間的關(guān)系。由圖3可看出，不同溫度熱處理后的試樣，磨損量隨著試驗(yàn)溫度的變化趨勢是相似的，即試驗(yàn)溫度越高，試樣的磨損體積越��；且在各試驗(yàn)溫度下，經(jīng)1200℃處理后試樣的磨損量均大于經(jīng)600、1000℃處理后試樣的磨損量。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是：經(jīng)熱處理后高鋁澆注料礦物相包括剛玉、莫來石和少量玻璃相，由于它們的熱膨脹系數(shù)不同，冷卻后材料內(nèi)部會不同程度地出現(xiàn)微裂紋，因此熱處理溫度越高，這種作用約明顯，形成裂紋的尺寸也會越大。這種現(xiàn)象在不同熱處理試樣的冷態(tài)抗折強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度值中得到了證實(shí)，試樣經(jīng)600、1000、1200℃熱處理后的耐壓強(qiáng)度分別為149.9、119.1、83.5MPa，抗折強(qiáng)度分別為11.3、9.7、9.6MPa。即熱處理溫度越高，試樣冷態(tài)強(qiáng)度越小。所以在測定不同試驗(yàn)溫度下的磨損量時，雖然不同顆粒之間由于熱膨脹而相互靠近，材料的裂紋得以彌合，但經(jīng)較高溫度熱處理后的試樣在升溫的過程中對裂紋的彌合作用，不足以彌補(bǔ)經(jīng)熱處理再冷卻后形成的缺陷，抵御外來應(yīng)力的能力變差，從而導(dǎo)致在相同試驗(yàn)溫度下試樣磨損量較大一些。
臨界粒度對澆注料高溫耐磨性的影響
圖4為臨界粒度與高鋁澆注料磨損量的關(guān)系。溫度為1000℃時，澆注料的磨損量隨著臨界顆粒的增大而降低；1200℃時，澆注料的磨損量隨著臨界粒度的增大幾乎不變。這可能是由于，當(dāng)磨損介質(zhì)沖蝕試樣表面時，首先是材料基質(zhì)受到磨損介質(zhì)的沖擊和切削作用，而逐漸剝落、下凹、形成凸起的顆粒；當(dāng)磨損介質(zhì)繼續(xù)以一定的角度沖蝕磨損表面時，就會產(chǎn)生陰影效應(yīng)。處在材料顆粒陰影中的基質(zhì)遭受沖擊和切削的幾率和程度減弱，而且材料的臨界粒度越大，陰影效應(yīng)也越明顯，使得材料的磨損量減小。另外，臨界力度增大，澆注料的顆粒級配相應(yīng)變化，較大臨界粒度組成的澆注料，其細(xì)粉量相對較少；由于較粗大的顆粒比小的顆粒耐磨，小的顆粒比細(xì)粉耐磨，所以澆注料磨損量也隨著臨界粒度的增大而降低。但當(dāng)試驗(yàn)溫度達(dá)到1200℃時，材料中產(chǎn)生的高溫液相促進(jìn)了試樣的燒結(jié)，從而緩和了臨界粒度等其它因素對材料耐磨性的影響，導(dǎo)致其磨損量變化不大。
結(jié)論
（1）在常溫和1000℃條件下，隨著水泥含量的增加，高鋁澆注料的磨損量逐漸減小，1200℃時澆注料磨損量略有增大。采用ρ—Al2O3微粉代替水泥作結(jié)合劑，兩者的耐磨性在各試驗(yàn)溫度下差別不大。
（2）經(jīng)不同溫度熱處理后，高鋁澆注料的磨損量隨著試驗(yàn)溫度的變化趨勢是相似的，即其隨著試驗(yàn)溫度的升高而降低；經(jīng)600、100℃處理后的試樣在各試驗(yàn)溫度下試樣磨損量均較小，但經(jīng)1200℃處理后的試樣磨損量稍大一些。
（3）選用不同臨界粒度的高鋁澆注料進(jìn)行磨損試驗(yàn)，溫度為1000℃時，澆注料磨損量隨著臨界粒度的增大而降低；1200℃時，澆注料的磨損量隨著臨界粒度的增大變化不大。
