ASTM G76-18 使用氣體噴射進行固體顆粒衝擊侵蝕試驗的標準試驗方法

美國材料與試驗協會 (ASTM) 制定的ASTM G76-18 標準試驗方法，即利用氣體噴射衝擊固體顆粒進行侵蝕試驗的方法，描述了一種利用噴嘴式侵蝕設備測定氣體攜帶的固體顆粒衝擊侵蝕造成的材料損失的試驗方法。

此試驗方法可用於在實驗室中測量不同材料的固體顆粒侵蝕，並作為篩選試驗對模擬使用環境中材料的固體顆粒侵蝕率進行排序。實際的侵蝕服務涉及各種各樣的顆粒尺寸、速度、攻角、介質和類似條件。因此，任何單一的實驗室測試可能不足以評估預期的服務效能。此測試方法包括一種用於測量固體顆粒衝擊侵蝕的良好特性程序，可提供實驗室間測試結果。

就本標準而言，適用以下術語和定義：

• 侵蝕是指由於固體表面與液體、多組分液體或撞擊液體或固體顆粒之間的機械相互作用而導致原始材料的逐漸損失。
• 撞擊是指液體或固體顆粒與固體表面之間發生連續撞擊的過程。
• 侵蝕值是樣品材料的體積損失除以撞擊樣品的磨料顆粒總質量所得到的值。
• 歸一化侵蝕率是將樣品材料的侵蝕值除以參考材料的侵蝕值所得到的值。

此測試方法採用重複衝擊侵蝕方法，其中涉及一個小噴嘴輸送含有磨料顆粒的氣流並衝擊測試樣品的表面。描述了一組標準測試條件。然而，如果解釋得詳細的話，與標準條件有些偏差是允許的。這使得在各種條件下進行實驗室規模的侵蝕測量成為可能。本標準描述了準備樣品、進行侵蝕暴露和報告結果的測試方法。

在任何評估材料磨損行為的整體測量程序中，此測試方法的重要性取決於與使用應用條件相關的許多因素。此測試方法的使用者必須確定所獲得的結果與現場性能或使用其他測試系統和方法所獲得的結果的相關程度。此測試方法可用於對材料在規定測試條件下的耐磨性進行排序。

這些測試中使用的設備能夠在良好控制的曝光條件下蝕刻測試樣品中的材料。標準中給出的圖中顯示了出口噴嘴和顆粒氣體進料系統的示意圖。允許偏離該設計，但需要充分的系統特性和關鍵參數的控制。應記錄噴嘴設計和尺寸的偏差。為了實現流體中可接受的顆粒速度分佈，噴嘴長度與直徑的比率應為 25:1 或更大。建議使用的噴嘴由一根 1,5 毫米長的管子組成，內徑約 50 毫米，由耐磨材料製成。在使用過程中應監測噴嘴磨損情況，且磨損量不得超過初始直徑的 10%。

儀器所需的特徵應包括控制和調整粒子撞擊速度、粒子通量以及相對於撞擊流的樣品位置和方向（撞擊角）的裝置。

可以提供各種方法將顆粒引入氣流，包括振動控制料斗或螺旋進料系統。該系統必須提供平穩的顆粒進料，並可調節以匹配所需的顆粒流量值。

必須有一種可用於測量磨料設備的粒子速度的方法。可接受的方法的例子包括高速攝影、雙盤旋轉和雷射加速度計。應在樣品所處的位置和測試條件下測量粒子速度。

此測試方法可用於多種樣品尺寸和配置。合適的樣品配置是厚度約 10 毫米 x 30 毫米 x 2 毫米的矩形條帶。如果需要的話，可以使用更大的樣本和其他形狀，但必須記錄下來。所使用的磨料材料、粒度、濕度、化學成分等基本特性應均勻一致。為了獲得具有代表性的測試樣品而對材料進行取樣，應按照可接受的統計實踐進行。在這方面，ASTM E122 標準是有效的。

本測試方法定義了以下標準條件。

• 噴嘴管長度必須至少 50 毫米，內徑為 1,5 毫米±0,075 毫米。
• 測試氣體應為名義上的乾燥空氣。測試報告應說明測試氣體中的水量、壓力以及測量方法。實驗室間測試使用氣瓶式壓縮空氣，其含水量定義為露點零下 50 度。無論測試中使用哪種氣源，都建議採用類似的乾燥程度。
• 磨料顆粒的標稱尺寸應為 50 微米，與實驗室間測試系列中使用的顆粒相同。磨料只能使用一次。典型的尺寸分佈（透過沉澱確定）：20％從83到100μm，42％從57到50μm，48％比50μm更粗。
•  在樣本位置測得的磨料顆粒速度為 30 ± 2 m s ^{- 1} 應該是。在此速度下，氣體流速約為 0,13 L/s，系統壓力約為 140 kPa，但壓力取決於特定的系統設計。
• 測試持續時間應為 600 秒以達到穩定狀態。只要最終磨損坑深度不超過 1 毫米，就可以允許更長的時間。
• 噴嘴軸線和樣品表面之間的角度應為 90 度±2 度。
• 測試溫度應為正常環境溫度（通常在18度至28度之間）。
• 顆粒進料速率應為0,033±0,008g/s。這相當於標準條件下樣品表面約 2 mg mm。 ^{- 2}s ^{- 1}對應的粒子通量為。粒子通量測定需要測量樣品上的侵蝕面積，並且容易產生很大的誤差。圖中顯示了使用指定條件產生的侵蝕坑的測量寬度和深度剖面，顯示了典型的侵蝕寬度/深度關係。
• 樣品表面到噴嘴尖端的距離應為 10 毫米±1 毫米。

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