提高硬質合金噴嘴使用壽命

從目前市場上使用的射流噴嘴材料來看，有鋼、陶瓷、硬質合金、金剛石、人造寶石等，其中硬質合金具有高硬度、高韌性和高耐磨性的特點使得其是現如今應用於噴嘴材料中最為廣泛的一種。從微觀組織結構上看，它與耐磨性能緊密相關。通過實驗對比發現，國產WC硬質合金噴嘴由於組織顆粒的邊界分明而粒子間的結合強度不高，從而導致在射流所攜帶顆粒的衝擊下，噴嘴流道中的粉末顆粒容易被剝落。而國外的WC硬質合金材料以結晶態存在，所以其所製作的噴嘴耐磨性能遠高於國產WC硬質合金噴嘴。所以通過冶金成核長大的粗大顆粒，在高壓環境下形成的組織具有良好的耐磨性能。從力學性能方面來看，金屬材料、硬質合金和陶瓷三種材料的沖蝕磨損特徵及磨損機理不同。金屬材料的韌性高於脆性的陶瓷材料，它們之間的沖蝕率差別很大，YT15硬質合金的沖蝕率比B4C陶瓷高了一個數量級，這也說明了材料的硬度對抗沖蝕性能的影響要遠大於斷裂韌性所帶來的影響。

從結構形狀的方面來看，常用的硬質合金噴嘴有直孔型、圓錐形（空心型和實心型）、扇形、文丘裡、多孔等等，根據分類的用途特點不一樣還有多種分類方式。以常用的硬質合金水力噴砂噴嘴內流道形狀為例，有圓錐形、錐直型（圓錐形收縮段加圓柱形加速度段）、流線型、等變速型等形式。通過實驗對比發現，在水力噴砂射流系統中，發現性能比較如下：等變速型噴嘴＞流線型噴嘴＞錐直型噴嘴＞圓錐型噴嘴。目前錐直型噴嘴應用較為廣泛，主要參數有收縮角α、出口直徑d、加速段長度l和噴嘴長度L，以及長徑比l/d。噴嘴出口直徑一般由射流的流量及壓力決定，當流量不變時，如果縮小出口直徑，相應的壓力和流速就會變大，從而增加砂粒衝擊動能，使得噴嘴出口段磨損增加。

通過對不同收縮角噴嘴流場的實驗表明，對於錐形噴嘴，收縮角越小，流動越穩定射流能量消耗少，磨損降低。而適當增加噴嘴長度可減小其出口段的磨損率，其原因是在於延長了磨損曲線到達出口的路徑，噴嘴入口角對內流道磨損有直接影響。當入口收縮角減小時，出口磨損率呈線性減少。此外，噴嘴內壁表面上微觀凸起的部分也會對噴射砂流產生較大的衝擊阻力，導致表面微裂紋的擴展，從而加快了噴嘴材料的磨損，降低了硬質合金噴嘴的使用壽命。所以在加工製造時提高內壁的光潔度可以在一定程度上達到減少磨損的效果。如今隨著科學技術的發展，有許多新型材料相繼出現如複合碳化物材料，其材料密度與硬質合金相差不大但壽命提高了數十倍。針對陶瓷噴嘴再出口及入口處高壓狀態，研製出對成型層疊陶瓷噴嘴，使得抗沖蝕性能得到極大的提高。還有採用熱壓燒結工藝製備SiC（W,Ti）C梯度陶瓷噴嘴控制材料成分分佈呈合理梯度化。其康沖蝕磨損性能較非梯度陶瓷噴嘴材料也有顯著提高。