微顆粒對超聲空蝕影響的試驗(yàn)研究

陳海艦, 劉峰斌*, 郭詒大, 周 剛, 豆照良, 張韶華, 司麗娜, 葉 子, 楊 曄

(1.北方工業(yè)大學(xué) 機(jī)械與材料工程學(xué)院, 北京 100144;2.北京控制工程研究所 精密轉(zhuǎn)動(dòng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)長壽命技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100094)

液體介質(zhì)中空化氣泡的潰滅會(huì)產(chǎn)生微射流和沖擊波，對近壁面造成破壞，即空蝕現(xiàn)象[1].空蝕是發(fā)生在水輪機(jī)、螺旋槳和渦輪葉片等水力機(jī)械零部件中常見的破壞形式，不僅嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)行，還會(huì)降低其使用壽命，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失[2].

大量研究發(fā)現(xiàn)，空蝕受到液體介質(zhì)[3]、基底材料[4-5]、溫度壓力[6-7]以及微顆粒[8]等諸多因素的影響.其中，由于實(shí)際水下環(huán)境中存在大量雜質(zhì)，因此微顆粒對空蝕影響的研究尤其引人關(guān)注.研究人員對不同種類顆粒的形狀、尺寸以及濃度對空蝕破壞的影響規(guī)律進(jìn)行了大量研究，發(fā)現(xiàn)相比于顆粒形狀，顆粒種類、尺寸和濃度對空蝕具有更大影響[9-12].研究發(fā)現(xiàn)尺寸和濃度對空蝕破壞影響都存在一個(gè)臨界值，Chen等[11]使用超聲振動(dòng)空蝕裝置，研究了不同粒徑的CeO2對空蝕破壞程度的影響，發(fā)現(xiàn)粒徑為500 nm時(shí)空蝕破壞程度最嚴(yán)重，粒徑低于或高于500 nm時(shí)空蝕破壞程度均降低.Wang等[8]使用旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕試驗(yàn)裝置研究了不同粒徑CeO2對空蝕的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，臨界粒徑為1 μm，較小的粒徑造成輕微的空蝕損傷，粒徑為4 μm的微顆粒沒有造成明顯的空蝕損傷.Lian等[13]使用超聲振動(dòng)空蝕裝置研究了沙顆粒的濃度和粒徑對空蝕破壞的影響，發(fā)現(xiàn)臨界尺寸為0.035～0.048 mm，當(dāng)沙粒徑小于這個(gè)臨界尺寸且濃度大于25 kg/m3時(shí)會(huì)抑制空蝕破壞，并且沙粒徑小于臨界尺寸時(shí)，隨著濃度的增加，空蝕破壞程度會(huì)繼續(xù)減小.Hu等[12]使用超聲振動(dòng)空蝕裝置研究了沙粒濃度對空蝕破壞的影響，臨界沙濃度為3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，此時(shí)空蝕破壞程度最小，超過或低于此濃度，空蝕破壞程度均增大，且濃度為0.5%～5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，空蝕破壞程度低于在純水中的空蝕破壞程度.盡管不同研究得到的顆粒尺寸和濃度的臨界值不同，但是均提出尺寸與濃度的耦合作用決定了臨界值的大小[12-13].不同尺寸和濃度的微顆粒對空蝕破壞產(chǎn)生不同影響，研究者認(rèn)為可以歸因于懸濁液黏度變化[14]、空化和顆粒沖蝕的聯(lián)合作用[15-16]以及顆粒提供的異質(zhì)形核位數(shù)量的差異[17].

綜上所述，學(xué)者們普遍認(rèn)為微顆粒的加入對空蝕破壞程度會(huì)有顯著的影響.但是，研究結(jié)果比較分散且存在很大差異.基于此，本文中使用超聲振動(dòng)空蝕試驗(yàn)裝置，以45鋼為基底材料，以四種不同種類懸濁液為空蝕介質(zhì)，研究了微顆粒的濃度、粒徑和材質(zhì)對空蝕的影響，探討了微顆粒對空蝕的影響機(jī)制.研究結(jié)果對抑制空蝕破壞和進(jìn)一步應(yīng)用空化具有重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值.

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)采用自行搭建的超聲振動(dòng)空蝕試驗(yàn)裝置，如圖1所示.裝置主要由超聲發(fā)生器、磁致伸縮換能器、變幅桿、隔音箱、恒溫水槽和蠕動(dòng)泵組成.超聲振動(dòng)頻率為20±0.5 kHz，振幅為24 μm，變幅桿下端的直徑為20 mm.為減小溫度變化對空蝕試驗(yàn)的影響，在恒溫水槽內(nèi)加入冰水混合物對燒杯進(jìn)行水浴處理，使用溫度探頭實(shí)時(shí)監(jiān)測水溫，試驗(yàn)過程中水溫保持在20±2 ℃范圍內(nèi).為避免懸浮液中的微顆粒沉淀，設(shè)計(jì)了一種循環(huán)攪拌系統(tǒng)，該系統(tǒng)由1個(gè)蠕動(dòng)泵組成，連接到柔性軟管上，將位于容器底部的懸浮液輸送到液面上表面的區(qū)域.同時(shí)，對比了有無循環(huán)攪拌系統(tǒng)情況下純水介質(zhì)下的空蝕，以評(píng)價(jià)水的流動(dòng)對空蝕的影響.

Fig.1 Schematic diagram of ultrasonic vibration cavitation experimental device (1.ultrasound generator, 2.temperature probe, 3.magnetostrictive transducer, 4.isolator, 5.variable amplitude rod, 6.sample, 7.peristaltic pump)圖1 超聲振動(dòng)空蝕試驗(yàn)裝置示意圖(1.超聲發(fā)生器，2.溫度探頭，3.磁致伸縮換能器，4.隔音箱，5.變幅桿，6.樣品，7.蠕動(dòng)泵)

1.2 試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)材料為45鋼，其化學(xué)成分列于表1中.為了便于進(jìn)行空蝕試驗(yàn)，使用線切割將材料加工成Ф10 mm×10 mm的圓柱(圖2).超聲空蝕試驗(yàn)前，依次使用240#、600#、1000#、1500#和2000#的碳化硅水磨砂紙對樣品進(jìn)行打磨處理，然后使用粒徑為2.5 μm的金剛石拋光膏對打磨后的樣品進(jìn)行拋光處理，隨后用無水乙醇沖洗干凈，氮?dú)獯蹈珊蟊４嬖诟稍锩笾?試樣使用前用無水乙醇超聲清洗5 min.

表1 45鋼的主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Table 1 The main chemical composition of 45 steel(mass fraction)

試驗(yàn)中采用了SiO2、Al、Al2O3和SiC四種不同材質(zhì)的微顆粒，其微觀形貌如圖3所示.從圖中可以看出三種不同粒徑的SiO2及Al微顆粒均為球形，Al2O3和SiC微顆粒呈不規(guī)則多邊形.使用BT-9300S激光粒度分布儀分別測量了各個(gè)微顆粒的中值粒徑，標(biāo)注粒徑和中值粒徑值列于表2中.

表2 微顆粒的標(biāo)注粒徑和實(shí)測粒徑Table 2 The labeled and measured particle sizes of microparticles

Fig.2 45 steel sample and dimensions圖2 45鋼樣品與尺寸

微顆粒懸濁液的配制：使用電子天平準(zhǔn)確稱量每次所需不同微顆粒的質(zhì)量，加入到350 mL純水中，先用玻璃棒攪拌均勻，然后超聲分散3 min，均制備成濃度為1 g/L的懸濁液.另外，為了考察濃度對空蝕破壞的影響，對于粒徑為2 μm的SiO2，除配置濃度為1 g/L的懸濁液外，還配置了0.01、0.1和 10 g/L濃度的懸濁液.

1.3 空蝕試驗(yàn)與表征

試驗(yàn)在500 mL燒杯中進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)超聲功率為480 W，每超聲4 s，間歇4 s，總時(shí)間10 min.首先將打磨拋光好的45鋼樣品使用無水乙醇超聲清洗5 min，而后固定在樣品臺(tái)中心.試驗(yàn)中樣品與變幅桿距離為15 mm，在燒杯中加入配置好的微顆粒懸濁液，在恒溫水槽內(nèi)加入冰水混合物對燒杯進(jìn)行水浴.試驗(yàn)結(jié)束后取下樣品，使用無水乙醇超聲清洗3 min，烘干后將樣品保存在干燥皿中.每次試驗(yàn)后，將燒杯和樣品臺(tái)使用純水超聲清洗3 min，振動(dòng)頭使用純水反復(fù)沖洗，以減少外界干擾.

目前普遍表征空蝕破壞程度的方法為失重法，然而對于初生期的空蝕并沒有明顯的質(zhì)量損失，因此本文中采用采集空蝕坑數(shù)量表征空蝕破壞程度.因?yàn)榭瘴g坑的產(chǎn)生是隨機(jī)的，單一照片可見范圍有限，很難用單一照片的空蝕坑數(shù)量表征空蝕的破壞程度.綜合考慮，選取5個(gè)空蝕坑采集區(qū)域，如圖4所示，每個(gè)采集區(qū)域?yàn)殚L度1 mm的正方形，理論上這樣采集可以反映空蝕坑在樣品表面的分布規(guī)律.采用激光共聚焦顯微鏡對采集區(qū)域拍照，使用ImageJ軟件的Analyze Particles功能對采集區(qū)內(nèi)的空蝕坑數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì).

2 結(jié)果與討論

2.1 不同濃度SiO2微顆粒懸濁液對超聲空蝕的影響

圖5為樣品在濃度分別為0.01、0.1 、1.0 和10 g/L的粒徑為2 μm的SiO2懸浮液中空蝕后表面的激光共聚焦顯微鏡(LCSM)照片.從圖5中可以看出在不同濃度懸浮液中空蝕后樣品表面都出現(xiàn)了明顯的空蝕坑，但是空蝕坑的數(shù)量和分布情況都不相同.圖6為濃度為1 g/L的SiO2懸浮液條件下空蝕坑的掃描電子顯微鏡(SEM)照片，可以看出空蝕坑由中心坑和周圍環(huán)狀區(qū)域組成，這與文獻(xiàn)[18]發(fā)現(xiàn)的空蝕坑結(jié)構(gòu)一致.環(huán)狀區(qū)域由不規(guī)則的條狀納米結(jié)構(gòu)堆積而成，納米結(jié)構(gòu)是由微射流沖擊樣品表面破裂生成的小碎片噴發(fā)到周圍，然后高溫氧化自組裝而形成的[19].

Fig.3 SEM micrographs of different microparticles: (a) SiO2 (0.5 μm); (b) SiO2 (2 μm); (c) SiO2 (70 μm); (d) Al (3 μm);(e) Al2O3 (3 μm); (f) SiC (3 μm)圖3 不同微顆粒的SEM形貌圖：(a) SiO2 (0.5 μm)；(b) SiO2 (2 μm)；(c) SiO2 (70 μm)；(d) Al (3 μm)；(e) Al2O3 (3 μm)；(f) SiC (3 μm)

Fig.4 Schematic diagram of the sample surface collection area圖4 樣品表面采集區(qū)示意圖

圖7為不同懸濁液濃度試驗(yàn)樣品表面采集區(qū)的空蝕坑數(shù)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖，可以發(fā)現(xiàn)純水進(jìn)行循環(huán)流動(dòng)處理后，空蝕坑的數(shù)量變化不大，從121個(gè)減少至103個(gè).導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因可能有兩方面：一方面，水流循環(huán)產(chǎn)生的流場可能會(huì)對空泡潰滅產(chǎn)生的微射流產(chǎn)生輕微分散，使微射流沖擊壁面的沖擊力減??；另一方面，水流循環(huán)產(chǎn)生的流場迫使一部分空泡遠(yuǎn)離樣品表面，這些空泡潰滅產(chǎn)生的微射流不能到達(dá)樣品表面[20].當(dāng)添加不同濃度SiO2顆粒后，空蝕明顯加劇，當(dāng)濃度較低時(shí)(0.01 g/L)，空蝕坑的數(shù)量達(dá)到255個(gè)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過在純水中的空蝕數(shù)量，隨著濃度增加，空蝕坑數(shù)量也增大.當(dāng)濃度為1.0 g/L時(shí)，空蝕坑數(shù)量增大到396個(gè)，但是濃度較高時(shí)(10 g/L)，空蝕坑數(shù)量反而下降為302個(gè)，試驗(yàn)所得結(jié)果的變化趨勢與已有研究結(jié)果一致.文獻(xiàn)[13]中報(bào)道在介質(zhì)中加入微顆粒后會(huì)改變介質(zhì)的黏度，從而降低空蝕破壞程度，本文中試驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果相反.實(shí)際上，研究發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)微顆粒濃度大于25 g/L時(shí)才會(huì)開始改變介質(zhì)的黏度[13,21]，相比而言，本文中試驗(yàn)的微顆粒濃度最高為10 g/L，不會(huì)導(dǎo)致黏度的明顯變化，本文中的結(jié)果可能與空泡異質(zhì)成核有關(guān).Harvay等[22]提出氣核可以穩(wěn)定存在于微顆粒的表面縫隙中，Arora等[23]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)空泡會(huì)在微顆粒表面異質(zhì)形核，并且顆粒濃度的升高會(huì)增大微顆粒的數(shù)量，氣核和異質(zhì)形核點(diǎn)位的數(shù)量也隨之增加，因此生成的空泡數(shù)量也隨之增多，從而導(dǎo)致空蝕破壞加重，但當(dāng)微顆粒濃度達(dá)到一定程度時(shí)，微顆粒密集，會(huì)在樣品表面上產(chǎn)生“保護(hù)層”，阻礙空泡潰滅對樣品表面的直接沖擊，這樣的“保護(hù)層”會(huì)隨著懸濁液濃度的增加而增厚[12].另外，微顆粒還會(huì)與空泡相互吸附形成聯(lián)合體，聯(lián)合體受浮力作用上升，使空泡在遠(yuǎn)離樣品表面處潰滅[24].也有報(bào)道中認(rèn)為這可能是因?yàn)閼覞嵋褐形㈩w粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚，從而減少了實(shí)際參與空蝕的微顆粒數(shù)量，空泡生成數(shù)量變少導(dǎo)致生成的空蝕坑數(shù)量也減小[23].空蝕過程中往往伴隨著顆粒的沖蝕損傷，從而加劇材料的破壞[25]，沖蝕損傷的形態(tài)呈現(xiàn)犁溝狀[9].本文中沒有發(fā)現(xiàn)明顯的沖蝕損傷坑，這可能是因?yàn)槲㈩w粒因微射流撞擊所獲得動(dòng)能有部分損失，微顆粒撞擊表面的動(dòng)能不足以造成

沖蝕損傷[20].另外，研究表明，微顆粒與微射流對樣品表面的沖擊導(dǎo)致樣品表面硬化也是沖蝕現(xiàn)象不明顯的原因之一[20].Chen等[9]的研究結(jié)果表明只有具有尖銳棱角的不規(guī)則微顆粒與樣品碰撞才會(huì)產(chǎn)生沖蝕坑，球形微顆粒則不會(huì).從圖3可以看出，本文中所用微顆粒均為球形或無尖銳棱角的不規(guī)則形狀.

Fig.6 SEM micrograph of cavitation pit under the condition of 1 g/L SiO2 suspension圖6 濃度為1 g/L的SiO2懸浮液條件下空蝕坑形貌的SEM照片

Fig.7 Statistical graph of the number of cavitation pits in the sample surface collection area with different concentrations of SiO2 suspensions圖7 不同濃度SiO2懸濁液中樣品表面采集區(qū)的空蝕坑數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖

2.2 不同粒徑SiO2微顆粒懸濁液對超聲空蝕的影響

圖8為不同粒徑的SiO2樣品表面的SEM觀測照片，可以看出樣品表面空蝕坑大小和數(shù)量有明顯區(qū)別.懸濁液中微顆粒粒徑的變化導(dǎo)致樣品表面空蝕破壞程度變化.從圖9空蝕坑統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，隨著微顆粒粒徑的增大，各組對應(yīng)的樣品表面空蝕坑數(shù)量逐漸減少，所有添加微顆粒樣品的空蝕破壞程度均要比不添加微顆粒的嚴(yán)重.微顆粒粒徑越大，對應(yīng)樣品的空蝕破壞程度下降，微顆粒粒徑為500 nm時(shí)，空蝕破壞較為嚴(yán)重，空蝕坑數(shù)量達(dá)到454個(gè)，這與Chen等[11]的研究結(jié)果一致.這很可能是同等質(zhì)量下微顆粒粒徑不同，使微顆粒數(shù)量產(chǎn)生差異，從而出現(xiàn)由微顆粒異質(zhì)形核產(chǎn)生的空化氣泡數(shù)量改變所導(dǎo)致的結(jié)果.

理論上，同等質(zhì)量微顆粒，粒徑500 nm和2 μm的顆粒數(shù)量約為70 μm的103～104倍，那么空蝕坑的數(shù)量也應(yīng)該相差巨大，可實(shí)際上，加入粒徑500 nm和2 μm微顆粒的樣品表面，其空蝕坑數(shù)量雖多于加入粒徑70 μm的樣品表面，但相差并不大.這可能是由于在表面邊界層作用下，單一微顆粒和空泡都有遠(yuǎn)離材料表面的趨勢，而微顆粒與空泡聯(lián)合體的運(yùn)動(dòng)是由顆粒粒徑尺寸決定的[26].500 nm、2 μm和70 μm三種粒徑差值較大，500 nm和2 μm的微顆粒與空化氣泡組成的聯(lián)合體的運(yùn)動(dòng)特性主要是由空泡決定，與單一空泡的運(yùn)動(dòng)相似，聯(lián)合體向遠(yuǎn)離材料表面的方向運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致生成空蝕坑數(shù)量減少.而70 μm微顆粒與空化氣泡組成聯(lián)合體的運(yùn)動(dòng)特性主要是由微顆粒決定，70 μm微顆粒質(zhì)量很大，所受的重力很大，由于重力作用聯(lián)合體更容易趨近材料表面，導(dǎo)致生成空蝕坑數(shù)量增加.

另外隨著加入微顆粒粒徑的增大，樣品表面的空蝕坑也逐漸增大.加入70 μm微顆粒樣品表面的空蝕坑直徑約為20～40 μm，遠(yuǎn)大于加入500 nm和2 μm微顆粒時(shí)樣品表面的空蝕坑直徑(約5 μm).以往單空泡空蝕破壞研究發(fā)現(xiàn)，空蝕坑徑的大小與空泡潰滅時(shí)空泡的直徑、能量和與樣品表面的距離相關(guān)，一般來說空泡直徑越大所含能量越大[27-28]，所以認(rèn)為在大粒徑微顆粒表面異質(zhì)成核形成的空泡直徑可能會(huì)遠(yuǎn)大于小粒徑微顆粒，從而導(dǎo)致微顆粒粒徑越大，空泡直徑越大.而大的微顆粒與空泡的聯(lián)合體更容易靠近材料表面，縮減了聯(lián)合體與材料表面的距離，空泡潰滅形成的空蝕坑直徑更大.

Fig.8 SEM micrographs of sample surface with different particle size of SiO2 suspensions: (a) no particle; (b) 500 nm;(c) 2 μm; (d) 70 μm圖8 不同粒徑SiO2懸濁液中樣品表面SEM照片：(a)無顆粒；(b) 500 nm；(c) 2 μm；(d) 70 μm

Fig.9 Statistical graph of the number of cavitation pits in the sample surface collection area with different concentrations of SiO2 suspensions圖9 不同粒徑SiO2懸濁液中樣品表面采集區(qū)的空蝕坑數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖

2.3 不同材質(zhì)對超聲空蝕的影響

圖10為不同材質(zhì)微顆粒試驗(yàn)樣品表面激光共聚焦顯微鏡照片.可以看到，加入SiO2、SiC和Al2O3微顆粒的試驗(yàn)組樣品表面生成了許多空蝕坑，而且可以很明顯地觀察到空蝕坑與周圍環(huán)狀區(qū)域的結(jié)構(gòu)存在很大區(qū)別，而加入Al微顆粒的樣品表面幾乎沒有空蝕坑.

從圖11中不同材質(zhì)的微顆粒樣品采集區(qū)的空蝕坑數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖可以看出，添加SiO2、SiC和Al2O3微顆粒的試驗(yàn)組樣品，其表面空蝕坑數(shù)量均遠(yuǎn)超不添加微顆粒的樣品表面.其中添加SiO2微顆粒的試驗(yàn)組樣品表面空蝕破壞程度最嚴(yán)重，空蝕坑數(shù)量為396個(gè)，而添加SiC和Al2O3微顆粒的試驗(yàn)組樣品表面空蝕破壞程度相差不大，空蝕坑數(shù)分別為257個(gè)和210個(gè).進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)添加Al微顆粒的試驗(yàn)組樣品表面空蝕坑數(shù)極少，在采集區(qū)內(nèi)只有7個(gè)，遠(yuǎn)少于不添加微顆粒的試驗(yàn)組樣品，因此，Al微顆粒的加入抑制了樣品的空蝕破壞.

靠近樣品表面的空泡與微顆粒聯(lián)合體的數(shù)量決定空蝕破壞的強(qiáng)度差異[8]，而對影響微顆粒與空泡結(jié)合形成聯(lián)合體能力的因素目前已有一些研究.微顆粒的靜電作用力、氫鍵作用力、范德華力和短程疏水力等相互作用共同影響了微顆?？张萋?lián)合體[29].添加SiO2、SiC和Al2O3對超聲振動(dòng)空蝕破壞產(chǎn)生促進(jìn)作用的原因與上文討論一致.本次試驗(yàn)中添加Al微顆粒后樣品表面幾乎不產(chǎn)生空蝕坑，Al微顆粒在超聲振動(dòng)空蝕試驗(yàn)中表現(xiàn)出獨(dú)特的對45鋼材料的空蝕抑制能力，這可能與Al顆粒本身的帶電性有關(guān).Yan等[30]認(rèn)為Al微顆粒表面帶負(fù)電性，不僅可以穩(wěn)定吸附氣核，而且由于長程靜電力排斥作用使得顆粒和氣泡遠(yuǎn)離45鋼表面，從而達(dá)到了抑制空蝕的效果.雖然本文試驗(yàn)中采用的Al微顆粒是球形的，不同于Yan等[30]使用的不規(guī)則塊狀A(yù)l微顆粒，但是微顆粒的形貌特征對空蝕的破壞程度影響不大[9].

Fig.10 LCSM micrographs of sample surface with different materials of microparticle suspensions:(a) SiO2; (b) SiC; (c) Al2O3; (d) Al圖10 不同材質(zhì)微顆粒懸濁液中樣品表面LCSM照片：(a) SiO2；(b) SiC；(c) Al2O3；(d) Al

Fig.11 Statistical graph of the number of cavitation pits in the sample surface collection area with different materials of microparticle suspension圖11 不同材質(zhì)微顆粒懸濁液中樣品表面采集區(qū)的空蝕坑數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖

圖12為加入Al微顆粒樣品表面空蝕坑形貌的SEM照片，與圖6相比可以看出空蝕坑周圍的納米結(jié)構(gòu)并不是連續(xù)分布的，在中心坑周圍和較遠(yuǎn)的地方均有1個(gè)較暗的環(huán)狀區(qū)域，在此區(qū)域的納米結(jié)構(gòu)很少甚至沒有，這可能與Al微顆粒抑制空蝕破壞有關(guān).

Fig.12 SEM micrograph of cavitation pit in Al microparticle suspensions圖12 Al微顆粒懸濁液中空蝕坑形貌的SEM照片

3 結(jié)論

a.空蝕破壞程度隨SiO2懸濁液濃度的變化而變化，但是這種變化不是單調(diào)的線性關(guān)系.存在1個(gè)臨界濃度1 g/L，此時(shí)空蝕破壞程度將會(huì)達(dá)到1個(gè)極值，小于臨界濃度時(shí)，空蝕破壞隨濃度的增加而增大；大于臨界濃度時(shí)，空蝕破壞隨濃度的增加而減弱.

b.空蝕破壞程度隨粒徑的增大而減弱，但空蝕坑的坑徑隨微顆粒粒徑的增大而增大，這可能與不同粒徑顆粒形成氣核尺寸有關(guān).

c.添加SiC、Al2O3和SiO2微顆粒會(huì)不同程度加劇空蝕破壞程度，然而添加Al微顆?？梢悦黠@抑制超聲空蝕破壞.