岩石对工具产生磨蚀的主要原因是由于工具和岩石之间产生了相对移动，其接触面上的摩擦力和摩擦力作的功是造成工具磨蚀的重要因素。因此，测定岩石磨蚀性采用的指标所依据的基本关系是，当工具与岩石相摩擦时，工具的磨蚀体积ΔV（或重量ΔG）与摩擦功A成正比：

A－摩擦功；

M－比例系数，取决于材料的性质；

μ－摩擦系数，取决于摩擦系统；

p－正压力；

s－摩擦路程。

为使测定的磨蚀性指标具有可比性，需消除其压力不同，路程长短之异，对上式整理后常果用下面几种指标表示岩石的磨蚀性。

1.用单位摩擦路程所磨蚀的体积表示：

式中，ΔV_s－磨蚀率（磨损率）。

2.用单位摩擦路程、单位正压力下的磨蚀体积表示：

式中，ω－摩蚀性系数。

3.用单位摩擦功所磨蚀的体积或单位磨蚀体积所消耗的功表示：

式中，A₀－单位磨蚀体积所消耗的功。

4.用规定条件下（一定的路程、一定的压力等等）标准物或岩石的失重ΔG失体积ΔV表示。如巴氏岩石磨蚀性系数α，切槽法中试棒失重ΔW。

5.用规定条件下，标准物磨蚀量与岩石磨蚀量之比，即磨蚀比W₀表示。

6.以某种矿物或岩石为基准，相对地表示其它岩石的磨蚀性系数和磨蚀比。

从史莱涅尔和巴隆对一系列岩石磨蚀性测定的结果，可得出下述岩石结构组成对钢质材料磨蚀性的一般关系。

• 岩石具有硬的矿物组成时，磨蚀性增大。

• 对于岩浆岩和矿物而言，磨蚀系数ω大体上与其组成的矿物微痕硬度成正比例。

• 由软硬不同的几种矿物组成的岩石，其磨蚀性比单一矿物组成的岩石为大。

• 结晶体的矿物比其非晶态的磨蚀性为大。

• 沉积岩的磨蚀性系数几乎和它的石英含量成正比例。按照史氏观点，对于砂岩来说，岩石的磨蚀性和其侵入硬度成反比。岩石的侵入硬度反映了岩石的坚固性，而不是岩石的颗粒硬度。但据另外一些研究者的意见，含石英量相等的岩石，坚固的磨蚀性要大。而含石英多的砂岩，坚固性可能小于含石英多的。

无论是砂岩或岩浆岩，颗粒越细磨蚀性越弱。这是因为细粒构造的岩石表面较平整，接触点的真实应力较小。同时，物体的赫芝硬度随着压头的曲率半径减小将直线地增大。因此其磨蚀性也就削弱了。

砂岩的颗粒大小及其胶结物的强度对其磨蚀性影响很大，对于钢制工具来说，岩石颗粒由石英或长石组成，对磨蚀性的影响退居第二位。常常是花岗砂岩或长石砂岩，只要其粒度及侵入硬度跟石英砂岩相当，其磨蚀性也就差不多。但是对硬质合金的磨蚀，石英颗粒和长石颗粒大概是会不一样的。

岩石的磨蚀性，在很大程度上还取决于摩擦面的粗糙程度。如在正长石、石英和黄玉的晶面（或解理面）上摩擦，巴氏磨蚀性指标a值各为27.3、21.3和19.0，即反比例于硬度；而在其自然断口上摩擦，相当的a值却各为31.1、35.4和46.2，即说明只有在粗糙面上的磨蚀性才和硬度成正比。据此，巴氏采取了自然断口作为测定其磨蚀性的标准条件。

从以上介绍可知，对于沉积岩，影响其磨蚀性的因素莫过于石英的含量、颗粒大小以及岩石的坚固性了。 2100433B

岩石的磨蚀作用，包含有两种不同的机理，一种是类似于锉刀锉金属的作用，称之擦蚀，其特征是被磨蚀物体的硬度小于磨蚀物体，而后者表面又必须是粗糙的，它在前者的表面上翘削下碎屑末。另一种作用是类似于砚台受墨的研磨，久而久之也要被磨蚀，称之磨损。对于钢制工具而言，除了含有石英颗粒的岩石以外，岩石的磨蚀作用主要是以磨损的形式进行的。对于硬质合金制的工具而言，更是以磨损为主了。不过实际上擦蚀和磨损种机理是难以截然区别开的，经常伴随出现，所以我们在中文上用术语“磨蚀性”统称之。

磨蚀过程是一个综合的作用，至少包括下列五种作用；

1. 由于接触面并非绝对平整，真实的接触面只有外观面积的百分之一到万分之一。局部的真实接触压力很大，当它超过了弹性限度时便被压堆而磨损；

2. 由于两物体紧密接触，若其相互间的分子间的引力胜过自身分子间的引力，那么两物体相对移动时，便把表面的分子层“粘”了下来。尤其当物体在结构上存在缺陷时，这种作用更易发生；

3. 由于物体表面参差不齐，产生机械的啮合作用，相对移动时，便产生磨损。表面虽平整，但软硬不均，也将会产生啮合而磨损的作用；

4. 啮合作用不大，相对位移时虽然不足以使其磨损，但在反复微小的撞击作用之下，表面便因疲劳而损坏；

5. 由于局部凸起接触，摩擦时产生大量热能，使温度升高到塑性变形乃至熔化。

一般说来，上述作用3在工具磨蚀时是主要的作用，尤其是在擦蚀作用下更为重要，其他1、2、4三种作用在磨损作用下有着更多的意义。作用5，对于硬质合金工具的磨蚀作用有重要意义。

岩石磨蚀性的测定方法较多，衡量指标也不统一。国内外测定磨蚀性的方法和观点概括起来有三类：

1.直接利用矿山生产中的工具消耗率来表示岩石的磨蚀性。矿山生产中的工具消耗不仅与岩石的磨蚀性有关，而且还和岩石坚固性、生产条件、工艺参数等因素有关，后者中的一些条件是变化的，因此，难以用数量准确描述磨蚀性；

2.在测定其它指标的同时测定磨蚀性。如凿碎法可钻性分级中，在测定可钻性指标凿碎比功的同时测定了钎刃磨钝宽作为磨蚀性指标；

3.模拟试验测定岩石磨蚀性。模拟工具在破碎岩石过程中受磨蚀的实质，利用和研制简单的仪器，测定岩石的磨蚀性。这是岩石磨蚀性研究中用得较多的一种方法。

下面介绍常见的几种测定岩石磨蚀性的方法。

1.钻磨法

利用台钻等装置，夹住标准物，使其在岩样上转动，“钻”磨岩样，以标准物的损耗作为指标表示磨蚀性。由于它比较符合钻进磨蚀的实际情况，方便简单，因而常被用来测定岩石的磨蚀性。

2.圆盘磨蚀法

把标准物作成圆盘（圆环）形，使其以固定的转数和压力在岩石上转动，同时岩石也作水平移动，以圆盘和岩石的磨蚀量表示岩石的磨蚀性。由手其测定过程和设备与铣过程和铣床类似，该法又称为铣磨法。

3.冲击磨蚀法

该法是把岩石装进滚筒里，筒里或有磨料或有叶片等磨蚀物。滚筒转动，筒内岩石之间，或岩石与磨料（叶片）之间产生冲击，互相之间都受到了磨蚀。该法以筒内磨料（或岩石）磨蚀的重量或磨蚀的百分比（与原始重量之比）为指标表示岩石的磨蚀性。

磨蚀是指风力、流水、波浪和冰川等所携碎屑物对基岩进行的机械磨损。亦即侵蚀或刻蚀辅之以对岩石的擦划（scratching）和冲蚀（scouring）。象用砂纸将岩石打磨过一样，给留下平滑、光溜的表面。磨损也表示碎屑物自身在搬运过程中的磨损，并因而变得越来越小。

磨蚀的第二种定义如下：

材料在腐蚀和磨耗的综合作用下所产生的破坏现象，也称磨耗腐蚀（erosioncorrosion）。磨耗是流体运动等机械作用的结果，流动的液体或气体不断冲恻材料表面，不仅直接磨耗材料，而且破坏材料表面的保护膜，使新鲜的材料表面不断与腐蚀性流体接触，而加速了腐蚀作用。当流体中含有固体粒子时磨蚀更为严重。在水力发电机的翼轮、船舶的推进器、水管弯曲处最为常见 。

在神东补连塔煤矿斜井全断面岩石掘进机（TBM）掘进段不同埋深围岩进行了岩石成分分析和磨蚀性试验，采用线激光超高速轮廓扫描仪对磨蚀性试验的岩石划痕进行三维扫描分析，并基于磨蚀性试验结果，分析了岩石磨蚀指数CAI与TBM刀具磨损的关系。结果发现：CAI与等效石英含量相关性最强，等效石英含量越大，CAI越大，划痕深度变小，成层状细砂岩的裂纹延伸扩展最明显;钢针划过粉砂岩、中砂岩、细砂岩展现3种不同破坏方式，分别为细颗粒磨蚀、粗颗粒磨蚀、倾斜磨蚀;刀具磨损与岩石CAI值呈一定相关性，CAI值越大，钢针磨蚀越大，刀具磨损也越大，刀具磨损与钢针划过岩石的磨损破坏形式具有一致性。实际工程中可根据钢针磨损形式预测刀具磨损，改进刀刃形式，减少刀具消耗，带来经济效益。 2100433B

（1）聚氨酯复合树脂砂浆技术

聚氨酯复合树脂砂浆由高抗磨蚀聚氨酯弹性体材料、弹性环氧树脂、固化剂、硬金属粉、棕刚玉、耐水剂等组成，该涂层综合性能优。涂层厚度一般为2~6mm，设计寿命10年以上。通过采用聚氨酯复合树脂砂浆技术对水轮机过流部件进行磨蚀防护，不仅其抗磨性能显著提高，而且还克服了环氧金刚砂涂层在水机应用中抗汽蚀性能差的缺点，该技术适用于水轮机蜗壳、座环、导叶、转轮叶片正面等部位的磨蚀防护 。

该技术已在三门峡、青铜峡、葛洲坝、刘家峡、碧口、新疆乌鲁瓦提、玛纳斯、万家寨等水电站进行了应用，取得了较好的磨蚀防护效果。

（2）改性聚氨酯涂层技术

1）注聚氨酯弹性体涂层。聚氨酯被公认为抗汽蚀性能最好的材料，涂层抗汽蚀性能是不锈钢的十倍以上。该涂层浇注成型，通过强力粘接剂和机械连接方式，与防护面结合力大大增强（附着力达到40MPa），不易发生剥离和撕裂现象，涂层厚度一般2~5mm，设计寿命10年以上。该技术适用于水机磨蚀破坏的强汽蚀区，如水轮机和水泵转轮叶片背面、水轮机转轮活动止漏环等部位。

该技术已在万家寨水电站、固海扬黄泵站进行了应用。

2）高弹性聚氨酯漆

水工闸门、水轮机导叶、蜗壳长期遭受高速含沙水流冲蚀，易发生磨蚀破坏。采用高弹性聚氨酯漆进行防护，工艺简单，质量可控，磨蚀防护效果较好。

高弹性聚氨酯漆通过喷涂成型，主要基料为高抗磨蚀聚氨酯，分底漆和面漆，底漆为防锈涂料，面漆为不锈钢鳞片阻水材料。与普通防腐油漆相比，该耐磨漆具有高抗磨性和高防腐性双重功能，涂层漆膜附着力一级以上，高弹性，抗冲击能力强；漆膜耐磨蚀能力强，抗汽蚀能力是普通重防腐漆的20倍以上；抗老化能力强，水中浸泡20年，其性能下降不超过10%。该技术适用于水工闸门、水轮机蜗壳、导叶等部位的磨蚀防护。

该技术已在小浪底水电站、乌鲁瓦提水电站进行了应用。

（3）钢塑复合聚氨酯产品

1）钢塑复合聚氨酯导叶密封板。钢塑复合聚氨酯导叶密封板为矩形板状结构，中间凸起，导叶小头的刚性密封面与大头的弹性密封面刚柔结合，具有一定的互补作用，可有效抑制漏水。既解决了密封装置的磨损问题，又使导叶密封性大大提高，改善了正常停机时因导叶漏水而导致的机组“潜动”现象，大大提高了机组的发电效率。

该产品已在碧口、青铜峡、万家寨等水电站推广应用。

2）钢塑复合聚氨酯抗磨板。引进美国四氢呋喃聚醚原料，加以改性使其耐水性和耐候性大大增强，采用钢塑复合技术加工成钢塑复合聚氨酯抗磨板。其具有长期使用不变形、抗磨蚀效果良好的优点，与导叶密封板配合使用，机组止水密封效果优异。抗磨尺寸根据机组尺寸进行专业订制，设计寿命20年以上。

该产品已在刘家峡、青铜峡等水电站进行应用。2100433B