第３４卷第４期 甘肃冶 金 Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．４ ２０１２年８月 ＣＡＮＳＵ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ Ａｕｇ．，２０１２ 文章编号：１６７２－４４６１（２０１２）０４－００７０－０３ 泥浆泵内衬材料的磨损特性试验研究 吴斌 ，魏宽坤 （１．西北矿冶研究院，甘肃白银７３０９００；２．白银有色金属集团公司西北铜￣ＨＩＩ－，甘肃 白银７３０９００） 摘要：本文通过一种泥浆喷射装置研究了聚氨酯、硫化弹性体、橡胶三种弹性衬套材料的泥浆磨损特性，试验表 明橡胶具有最好的耐泥浆特性。 关键词：泥浆磨损；弹性内衬材料；泥浆喷射试验；冲击变量 中图分类号：ＴＧ１７４．２ 文献标识码：Ｂ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｗｅａｒ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｌｉｎｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎ Ｍｕｄ Ｐｕｍｐ ＷＵ Ｂｉｎ ．ＷＥＩ Ｋｕａｎ—ｋｕｎ （１．Ｎｏｒｔｈｔｗｅｓｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ＆Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，Ｂａｉｙｉｎ ７３０９００，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｃｏｐｐｅｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｐｌａｎｔ ｏｆ ＢＮＭＣ，Ｂａｉｙｉｎ ７３０９００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｌｕｒｒｙ ｗｅａｌ＂ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｅｌａｓｔｉｃ ｓｌｅｅｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ—ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ，ｒｕｂｂｅｒ ａｎｄ ｖｕｌｃａｎｉｚｅｄ ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｍｕｄ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｒｕｂｂｅｒ ｈａｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｍｕｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｗｅａｒ ｂｙ ｓｌｕｒｒｙ；ｅｌａｓｔｉｃ ｌｉｎｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ；ｓｌｍ￣￣ｊｅｔ ｔｅｓｔ；ｉｍｐａｃｔ ｖａｒｉａｂｌｅｓ １ 引言 泵在泥沙沉积物磨蚀条件下，由于固体颗粒的 反复冲击而损坏，这种损坏称为泥浆磨蚀。各种材 料的耐泥浆磨蚀性，由于泥浆磨蚀受冲击变量、颗粒 变量及材料变量的影响，只是利用资料，判断一种新 材料的耐磨损性是很困难的，基于这种原因，本文通 过一种泥浆喷射试验装置，测试聚氨酯、软体橡胶和 刚玉类涂料作为内衬材料对泥浆的耐磨性，对比它 们在实际使用效果，确定出最佳的耐泥浆磨损的弹 图１ 泥浆喷射试验设备草图 性内衬材料。 ２．２试验的测试方法 ２ 试验部分 试块是一个长２０ ｍｍ、宽３０ ｍｍ、厚为５ ｍｍ的 ２．１ 试验设备及样品 钢板，内衬厚度为２．５ ｍｍ，试块安放在支撑架上距 图１所示为试验设备草图。其包括以下几个部 喷嘴出口约２０ ｍｍ。喷嘴直径为３ ｍｍ，流体速度随 分：样本架、喷嘴、箱体、搅拌器、冷却器、循环泵、流 阀的调节而变化。 量阀七个部分。 ２．３ 磨损深度测试 试验所选的样品：Ａ：ＳＵＳ４０３（板）；Ｂ：聚氨酯 泥浆喷射速度的测量方法如下：用带有刻度的 （软）；Ｃ：聚氨酯（硬）；Ｄ：聚氨酯涂料；Ｆ：硫化弹性 烧杯收集从喷嘴进人的流体样本体积，体积除以取 体；Ｇ：ＡＩ２Ｏ３＋树脂一；Ｈ：橡胶七种材料。 样时间和喷嘴出口的面积，即可获得喷射速度。通 过调节试样支架的仰角在１Ｏ。到９０。之间变化，得出 嚣瑟 …Ｅ－ｍａｉ ｌ：ＧＳ ＬＹ ＪＬ＠∽１２ ６．ｃｏｎ１ 第４期 吴斌，等：泥浆泵内衬材料的磨损特性试验研究 ７１ 喷嘴出口的最大喷射速度为２５ ｍ／ｓ。试验液体为 验材料为高聚物内衬材料和涂层材料，用马丁体不 含有各种颗粒硅砂的自来水，硅砂的密度和硬度分 锈钢（ＳＵＳ４０３．１３Ｃｒ）做为参照金属。试验结果总结 别为２．７ ｍｒ／ｍｍ 和ＨＶ＝７５０～１２８０。每次试验中， 见表１。其测试条件如下：试验液体为含有３． 硅砂的重量浓度通过泥浆喷射流，在喷嘴出口处测 ７ｗｔ．％，直径为４２ Ｉｘｍ硅砂的自来水，泥浆喷射速度 定，其值可以在（０．１—７）ｗｔ．％间调整。液体温度 为１５ ｎｒ／ｓ，冲击角为９０。，试验间隔２ ｈ。 保持在２５和３０℃之间，按一定的时间间隔用分析 由表Ｉ可见：一些弹性聚合物材料，如Ｂ、Ｆ及Ｈ 天平测定其质量损失。 有较好的耐磨性。 ３ 试验结果与讨论 ３．２泥浆抗冲击试验 通过初步试验，将最大磨损深度数据为零的三 ３．１ 初步试验结果 种材料对其相关的物理特性进行了测试（表２）。 用冲击泥浆喷射测试装置测试了７种材料。试 表１ 七种材料的初泥浆喷射试验结果 试片 硬度 磨损损失 ＨＶ Ｓｈｏｒｅ Ａ Ｓｈｏｒｅ Ｄ 质量损失／ｍｇ 最大磨损深度／Ｉｘｍ （１．９６Ｎ） ２ ｈ ５ ｈ ２ ｈ ５ ｈ Ａ ＳＵＳ４０３（板） ２１３ ． ． １３．３ ．４５ ． Ｂ聚氨酯（软） 一 、８３ —０ ０ ０ ０ Ｃ聚氨酯（硬） 一 ． ． ７５ １０ ． １８０ 一 Ｄ聚氨酯涂料 一 ９０ —０ ０ １３ ３３ Ｆ硫化弹性体 一８５ ．０ ０ ０ ０ Ｇ Ａ１２０３＋树脂 ３Ｏ ． ， ６０．９ — ７２５ 一 Ｈ橡胶 一 ６２ ．０ ０ ０ ０ 将筛选的三种材料与做为参照材料的ＳＵＳ４０３ 的平均直径ｄ为４２—４１５ ｍ、砂的重量浓度Ｃ为 一起，做了附加泥浆冲击试验。试验所用冲击速度 （０．１～７）ｗｔ．％。试验结果见表３。 范围Ｖ为８—２５ ｍ／ｓ、冲击角度 为ｌ０。一９０。、硅砂 表３ 泥浆喷射试验颗粒冲击变量和颗粒变量 注：直径（ｄ）的单位均为 ｍ。 ３．３ 讨论 平，而内衬材料的破损表面比较粗糙。将所测得的 在Ｖ＝２３ ｍ／ｓ、冲击角度 ＝３０。、硅砂的平均 最大磨损处的差值，指定作为每次试验期间的最大 直径ｄ＝３２３ ｍ、砂的重量浓度Ｃ＝０．５ｗｔ．％的测 磨损深度。 试条件下，对各个测试周期所测得的同一区域径向 聚氨酯和ＳＵＳ４０３通过深度计算的磨损率和通 损伤表面形貌的进行对比，ＳＵＳ４０３的破损表面很 过体积计算的磨损率之间，表现出相关系数分别为 蓝野监理Ｅ－ｍａ ｉＩ：Ｇ ＳＬ ＹＪ Ｌ＠ １２６・ｃｏｒｎ Ｉ．Ａ．ｇＹＥＳＵＰＥ；ｑＶＩＳＩＯＷ ：。７２ 甘肃 冶金 第３４卷 ０．９３和０．９７的线性关系。在ｉ见４试周期内，每种材 料的最大磨损深度的变化，除试验的开始阶段外，随 试验周期线性增加。 在Ｖ＝２３ ｍ／ｓ、ｄ＝３２３ ｐ，ｍ及Ｃ＝０．５ｗｔ．％时， 橡胶因其具有较高的撕裂强度而显现良好的泥浆耐 磨蚀性。 ４ 结语 用一套泥浆喷射装置完成了聚合物内衬材料的 泥浆试验，获得的结论如下： 磨损率与冲击角度的关系表明，流化弹性体和橡胶 大约为聚氨酯和ＳＵＳ４０３的１／１０。ＳＵＳ４０３在 约 为４５。时，其磨损率达到最高值，随冲击角度的进一 步增加磨损率则降低，聚氨酯和流化弹性体表现出 （１）流化弹性体和橡胶比马氏不锈钢表现出更高 的耐磨性。 了相似的趋势，但是磨损率达到最大值的角度约为 ３０。，橡胶的磨损率几乎与冲击角度无关。 在粒子浓度为０．５ｗｔ．％，粒子尺寸小于一定值 时，对所有颗粒粒径，硅砂的重量浓度保持不变，冲 击样本表面的粒子数量，在试验期间，随颗粒尺寸变 大而减少。 （２）在冲击角约为３Ｏ。时，聚氨酯和流化弹性体 的泥浆磨损率最大。橡胶表现出几乎相同的磨损 率，同时其磨损率与冲击角度无关。 （３）泥浆磨损率随着大于临界速度的喷射速度及 砂粒浓度以指数规律增大。 （４）在填充材料内衬中，聚氨酯含有很多气孔，在 在同样的粒子冲击速度下，在对磨损率进行对 比时，尺寸大的颗粒磨损率变大。由于聚氨酯、流化 弹性体、橡胶和ＳＵＳ４０３的指数分别为３．３、３．１、２．７ 及３．１。这说明磨损率受（质量）×（速度），即每个 粒子的动能影响。从这些结果可以推断出，在单位 时间内泥浆磨损随颗粒大小和数量两者的增加而增 大。 三种内衬材料中磨损率最高。橡胶由于高的撒裂强 度使其具有最好的耐泥浆磨损性。 参考文献： ［１］ 陈茂松．泥浆泵喷淋润滑装置［Ｐ］．中国专利： ＣＮ２０６２７６６，１９９０－０９－２６． ［２］ 卢振伟，谢兴会，冯朝中．泥浆泵用新型高承载双列调 心滚子轴承的研制［Ｚ］．国家科技成果． 试验中所用两种尺寸的颗粒，其磨损率随速度 以指数规律增加，随颗粒大小的增加，临界速度减 小，然而速度系数与颗粒大小无关。 ［３］ 王江，吴建华．虚拟仿真技术在水泵课程中的应用 ［Ｊ］．湖北广播电视大学学报，２０１１（１１）． 收稿日期：２０１２－０５－２５ 对比三种内衬材料的机械特性，橡胶的撕裂强 度最高，聚氨酯的硬度和拉伸强度与流化弹性体基 作者简介：吴斌，１９９２年毕业于中南大学。 本相似，但流化弹性体撕裂强度高于聚氨酯。因此， （上接第６９页） 使之相互贯穿成连锁结构，形成交织网状永久缠绕 的聚合物为基料，使材料与底材具有很好的粘结性。 （２）抗渗透性好。选用玻璃鳞片作为主填料，使 涂层内部形成相互平行排列的鳞片，产生迷宫效应， 这样可形成一道防止介质侵入的屏障，大大延长了 介质渗透到基层材料时间，从而延长了设备的使用 寿命。 ［２］ 潘祖任．高分子化学［Ｍ］．北京：化学工业出版社， ｌ９８６． ［３］武利明，李丹，游波．现代涂料配方设计［Ｍ］．北 京：化学工业出版社，２００４． ［４］姜英涛．涂料工艺（第四册）［Ｍ］．北京：化学工业出版 社，１９９２． ［５］刘国杰．特种功能性涂料［Ｍ］．北京：化学工业出版 社，２００２． （３）机械强度高。加人纳米级ＴｉＯ ，增加了涂层 的强度、韧性和密实性，由此使涂层具有长期抵抗外 ［６］ 郑耀巨，郎允祥．高固体份环氧树脂涂料耐酸性研究 ［Ｊ］．涂料工业，２０００（１２）． 界机械磨损和化学腐蚀的良好性能。 参考文献： ［１］ 王进龙．ＸＷ．１玻璃鳞片重防腐涂料的研制［Ｊ］．甘肃 冶金，２００７（４）． ［７］钱逢麟，竺玉书．涂料助剂［Ｍ］．北京：化学工业出版 社，１９９０． 收稿日期：２０１２＿０５。２５ Ｅ－ｍａｉｌ：ＧＳＬ ＹＪ Ｌ＠ｔ２６．ｃ０ｍ 眦㈣¨
