提高硬质合金喷嘴使用寿命

从目前市场上使用的射流喷嘴材料来看，有钢、陶瓷、硬质合金、金刚石、人造宝石等，其中硬质合金具有高硬度、高韧性和高耐磨性的特点使得其是现如今应用于喷嘴材料中最为广泛的一种。从微观组织结构上看，它与耐磨性能紧密相关。通过实验对比发现，国产WC硬质合金喷嘴由于组织颗粒的边界分明而粒子间的结合强度不高，从而导致在射流所携带颗粒的冲击下，喷嘴流道中的粉末颗粒容易被剥落。而国外的WC硬质合金材料以结晶态存在，所以其所制作的喷嘴耐磨性能远高于国产WC硬质合金喷嘴。所以通过冶金成核长大的粗大颗粒，在高压环境下形成的组织具有良好的耐磨性能。从力学性能方面来看，金属材料、硬质合金和陶瓷三种材料的冲蚀磨损特征及磨损机理不同。金属材料的韧性高于脆性的陶瓷材料，它们之间的冲蚀率差别很大，YT15硬质合金的冲蚀率比B4C陶瓷高了一个数量级，这也说明了材料的硬度对抗冲蚀性能的影响要远大于断裂韧性所带来的影响。

从结构形状的方面来看，常用的硬质合金喷嘴有直孔型、圆锥形（空心型和实心型）、扇形、文丘里、多孔等等，根据分类的用途特点不一样还有多种分类方式。以常用的硬质合金水力喷砂喷嘴内流道形状为例，有圆锥形、锥直型（圆锥形收缩段加圆柱形加速度段）、流线型、等变速型等形式。通过实验对比发现，在水力喷砂射流系统中，发现性能比较如下：等变速型喷嘴＞流线型喷嘴＞锥直型喷嘴＞圆锥型喷嘴。目前锥直型喷嘴应用较为广泛，主要参数有收缩角α、出口直径d、加速段长度l和喷嘴长度L，以及长径比l/d。喷嘴出口直径一般由射流的流量及压力决定，当流量不变时，如果缩小出口直径，相应的压力和流速就会变大，从而增加砂粒冲击动能，使得喷嘴出口段磨损增加。

通过对不同收缩角喷嘴流场的实验表明，对于锥形喷嘴，收缩角越小，流动越稳定射流能量消耗少，磨损降低。而适当增加喷嘴长度可减小其出口段的磨损率，其原因是在于延长了磨损曲线到达出口的路径，喷嘴入口角对内流道磨损有直接影响。当入口收缩角减小时，出口磨损率呈线性减少。此外，喷嘴内壁表面上微观凸起的部分也会对喷射砂流产生较大的冲击阻力，导致表面微裂纹的扩展，从而加快了喷嘴材料的磨损，降低了硬质合金喷嘴的使用寿命。所以在加工制造时提高内壁的光洁度可以在一定程度上达到减少磨损的效果。如今随着科学技术的发展，有许多新型材料相继出现如复合碳化物材料，其材料密度与硬质合金相差不大但寿命提高了数十倍。针对陶瓷喷嘴再出口及入口处高压状态，研制出对成型层叠陶瓷喷嘴，使得抗冲蚀性能得到极大的提高。还有采用热压烧结工艺制备SiC（W,Ti）C梯度陶瓷喷嘴控制材料成分分布呈合理梯度化。其康冲蚀磨损性能较非梯度陶瓷喷嘴材料也有显著提高。