冻融循环-紫外辐照复合侵蚀下钢化玻璃表面受风沙冲蚀损伤的力学机理

作者：郝贠洪; 郭鑫; 赵呈光; 吴日根

来源：表面技术, 2020, 49(04): 188-204.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.04.021

• 钢化玻璃
• 冻融循环-紫外辐照
• 风沙冲蚀
• 冲击接触力
• 冲蚀损伤机理

目的研究冻融循环-紫外辐照复合因素侵蚀作用对钢化玻璃抗冲蚀性能的影响,并探究钢化玻璃表面冲蚀损伤的力学机理。方法根据内蒙古中西部地区风沙环境特征,对冻融循环-紫外辐照复合因素侵蚀作用下的钢化玻璃进行风沙冲蚀试验,并结合接触力学、断裂力学、摩擦学理论,在单颗粒冲蚀普通环境钢化玻璃的情况下,分析钢化玻璃冲蚀损伤的一般力学机理,应用扫描电子显微镜(SEM)和激光共聚焦显微镜(LSCM)分析二维、三维损伤形貌,并与理论分析进行对比。结果钢化玻璃冲蚀率随着冻融循环次数及紫外辐照等效时间的增加而增加。冲蚀速度由14 m/s增加到30 m/s时,钢化玻璃冲蚀率从0.010 mg/g增加到0.768 mg/g。冲蚀角度由15°增加到90°时,钢化玻璃冲蚀率从0.004 mg/g增加到0.453 mg/g。结论冻融循环-紫外辐照复合侵蚀作用会使钢化玻璃的抗冲蚀性能减弱。冲蚀速度的增大会使冲蚀颗粒在钢化玻璃表面产生更大的冲击接触力,使压痕深度和径向裂纹增大,从而使钢化玻璃在颗粒反复冲击下的剥落材料体积增大,故冲蚀率随冲蚀速度的增大而增大,高冲蚀速度下钢化玻璃表面压痕深度及径向裂纹长度的增长率更快,故钢化玻璃冲蚀率在高冲蚀速度下增长更快。钢化玻璃冲蚀率随着冲蚀角度的增大而增大,钢化玻璃在中高角度下的冲蚀机理为微观切削原理,冲蚀范围较广,冲蚀深度较浅,极高角度下的冲蚀机理为压痕断裂,冲蚀范围较为集中,冲蚀深度较大。

• 单位
  土木工程学院; 内蒙古工业大学