劉艷晨，郝贠洪，高峰，張飛龍

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) a.理學(xué)院 b.內(nèi)蒙古自治區(qū)土木工程結(jié)構(gòu)與力學(xué)重點實驗室 c.內(nèi)蒙古自治區(qū)建筑檢測鑒定與安全評估工程技術(shù)研究中心 d.土木工程學(xué)院，呼和浩特 010051）

混凝土結(jié)構(gòu)是工程中使用最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式，但由于其所處外界環(huán)境復(fù)雜，在使用過程中，常受天氣變化等外界因素的多重破壞，因此如何提高混凝土耐久性早已是研究的重點和熱點[1]。目前，提高混凝土耐久性的措施主要有，摻雜纖維、粉煤灰等混合料改善內(nèi)部結(jié)構(gòu)[2-4]，或添加減水劑、早強(qiáng)劑等外加劑提高密實性[5-7]。但對于西部地區(qū)沙塵暴多發(fā)區(qū)域的混凝土結(jié)構(gòu)，還遭受風(fēng)沙沖蝕，嚴(yán)重影響了其正常使用[8]。風(fēng)沙沖蝕主要是沙粒對混凝土表面反復(fù)沖擊，造成表面及基材失效的過程[9]，所以在其表面制備一層耐沖蝕的涂層，對于防止和延緩混凝土結(jié)構(gòu)受風(fēng)沙沖蝕破壞具有重要意義。

對于提高環(huán)境中混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性而言，在混凝土表面制備防護(hù)涂層無疑是一種成本低廉、施工方便且較為有效的防護(hù)措施[10-11]，同時，還可以防御鹽類侵蝕[12-13]、紫外老化[14]或沖蝕損傷[15-16]等破壞。目前，在混凝土結(jié)構(gòu)中常用的防護(hù)涂層主要有聚脲防護(hù)涂層、環(huán)氧樹脂防護(hù)涂層等多種類型。其中，高強(qiáng)度彈性體聚脲防護(hù)涂層可起到改善基體抗沖擊和彈道載荷性能的作用[17-18]，并在使用期間可起到耐腐蝕[19]、抗風(fēng)化作用[19-20]，但由于該涂層造價昂貴，所以對風(fēng)沙環(huán)境中混凝土的防護(hù)而言，性價比較低。環(huán)氧樹脂防護(hù)涂層由于特殊的“海島結(jié)構(gòu)”，能顯著提高混凝土抗氯離子滲透能力[21-23]，常用于抑制氯鹽侵蝕，提升凍融環(huán)境中建筑物的使用壽命[24-26]，在風(fēng)沙環(huán)境地區(qū)，常伴隨大風(fēng)嚴(yán)寒氣候，所以該涂層成為風(fēng)沙環(huán)境中混凝土防護(hù)的一種選擇。丙烯酸酯類防護(hù)涂層由于具有較低的黏度及良好的力學(xué)性能[27-28]，常用于建筑物混凝土表面裂縫控制和修補(bǔ)[29-31]。沙粒對混凝土的沖蝕破壞主要體現(xiàn)為表面微裂紋的產(chǎn)生及擴(kuò)展，所以丙烯酸防護(hù)涂層也可作為該特殊環(huán)境下混凝土的防護(hù)措施之一。聚氨酯防護(hù)涂層可通過加入不同樹脂進(jìn)行改性[32]，獲得很高的附著力、耐候性、耐磨性[33]等，常用于提高混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命[16,34]。該涂層是目前應(yīng)用較為廣泛的防護(hù)涂層之一，也可用于風(fēng)沙環(huán)境中混凝土的防護(hù)。目前，關(guān)于混凝土防護(hù)涂層在風(fēng)沙環(huán)境中抗沖蝕性能和損傷機(jī)制的研究還鮮有報道，其綜合應(yīng)用和研究有待進(jìn)一步完善。

本文結(jié)合內(nèi)蒙古地區(qū)實際風(fēng)沙環(huán)境，選取聚氨酯、丙烯酸及環(huán)氧樹脂三種防護(hù)涂層，通過接觸角和顯微硬度對涂層的物理及力學(xué)性能進(jìn)行分析，并利用模擬風(fēng)沙環(huán)境侵蝕實驗系統(tǒng)，對不同沖蝕參數(shù)下，混凝土結(jié)構(gòu)防護(hù)涂層體系的抗沖蝕性能變化進(jìn)行研究。結(jié)合分形維數(shù)及沖蝕后的微觀形貌特征，探究防護(hù)涂層的沖蝕機(jī)理，選取在風(fēng)沙環(huán)境綜合性能良好的混凝土防護(hù)涂層。

1 實驗

1.1 實驗材料和配合比

混凝土組成多為水泥砂漿，風(fēng)沙及其他環(huán)境的侵蝕主要發(fā)生在混凝土表面。制作尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm 的立方體試塊，根據(jù)JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》測試材料的抗壓強(qiáng)度。配合比及抗壓強(qiáng)度如表1 所示。水泥選用P.O 42.5 普通硅酸鹽水泥，細(xì)骨料選用天然水洗河砂，細(xì)度模數(shù)為2.81，拌合采用自來水。

表1 水泥砂漿配合比及抗壓強(qiáng)度Tab.1 Mix proportions and compressive strength of the cement mortar

防護(hù)涂層選用聚氨酯（PU）、丙烯酸（AR）及環(huán)氧樹脂（ER），防護(hù)涂層的類型及力學(xué)參數(shù)見表2，其中W 為無防護(hù)涂層的水泥砂漿。其中，耐沖擊性根據(jù)GB/T 1732—1993《漆膜耐沖擊測定法》[35]測得，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定耐沖擊性檢測結(jié)果以不引起涂膜破壞的最大高度表示，單位為cm。

表2 防護(hù)涂層的類型及力學(xué)參數(shù)Tab.2 Types and mechanical parameters of protective coatings

1.2 試件制作和沖蝕實驗方法

采用表1 的配合比，制作尺寸為80 mm×80 mm×10 mm 的沖蝕實驗試件，澆筑完成后，將試塊放入水中養(yǎng)護(hù)28 d 后取出，置于自然環(huán)境中干燥后，噴涂聚氨酯、丙烯酸及環(huán)氧樹脂防護(hù)涂層。噴涂完畢后，固化干燥一周，備用。

沖蝕實驗在自主研發(fā)的模擬風(fēng)沙環(huán)境侵蝕實驗系統(tǒng)中進(jìn)行，實驗系統(tǒng)的原理如圖1 所示。該系統(tǒng)包括風(fēng)沙模擬裝置和試件放置裝置。風(fēng)沙模擬裝置包含沙源系統(tǒng)、沖蝕控制系統(tǒng)和沙回收箱，試件放置裝置內(nèi)的轉(zhuǎn)動及移動調(diào)節(jié)組件可調(diào)節(jié)試件與風(fēng)沙出口之間的距離與角度。實驗過程中，通過高壓氣源以及落沙量控制裝置實現(xiàn)對沖蝕速度以及下沙率的準(zhǔn)確控制，有效模擬了實際風(fēng)沙環(huán)境的特征。

圖1 模擬風(fēng)沙環(huán)境侵蝕實驗系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of simulated sandstorm environment erosion test system

1.3 實驗用沙

在內(nèi)蒙古中西部的騰格里沙漠進(jìn)行現(xiàn)場采樣，通過篩分法得到沙粒粒徑分布情況。如圖2a 所示，此區(qū)域內(nèi)的沙粒粒徑分布不均勻，主要以極細(xì)沙與細(xì)沙為主，其中粒徑在0.08 mm 以下的沙粒占比為5%左右，粒徑為0.08～0.16 mm 的沙粒占比達(dá)72%以上，粒徑為0.16 mm 以上的沙粒占比在20%左右。對沙粒進(jìn)行微觀形貌觀察和分析，發(fā)現(xiàn)沙粒大小不均、表面粗糙且有撞擊坑等特征（圖2b），這主要是由于沙粒受氣流影響，發(fā)生躍起、碰撞、摩擦等周期性活動。

圖2 沙粒粒徑分布及微觀形貌Fig.2 Sand size distribution and micro-morphology: a) sand size distribution; b) micro-morphology of desert sand

1.4 沖蝕程度評價

1.4.1 沖蝕率評價

采用OUHAUS-EP214C 電子精密分析天平（精度0.1 mg，量程200 g）測量沖蝕前后試件的質(zhì)量變化，通過試件的沖蝕率來評價防護(hù)涂層試樣的損傷程度，如式（1）所示。

式中：α為沖蝕率，無量綱；m1為沖蝕前試件質(zhì)量，g；m2為沖蝕后試件質(zhì)量，g；ms為下沙量，g/min；t為沖蝕時間，min。

1.4.2 分形維數(shù)評價

圖3 分形維數(shù)Ds 算法示意圖Fig.3 Fractal dimension algorithm

1.4.3 形貌特征評價

材料沖蝕破壞行為可以由沖蝕損傷微觀形貌進(jìn)行判定。利用掃描電子顯微鏡觀測受沖蝕部位的微觀形貌變化，分析混凝土防護(hù)涂層損傷形貌特征和沖蝕機(jī)理。

1.5 風(fēng)沙流參數(shù)設(shè)置

風(fēng)沙流參數(shù)是沖蝕破壞的主要影響因素，包括沖蝕角度、沖蝕時間、沖蝕速度、下沙率。本實驗中設(shè)置的風(fēng)沙流參數(shù)為：沖蝕角度為15°、30°、45°、60°、90°，沖蝕速度為17、20、24、26 m/s，下沙率為28 g/min。設(shè)置的風(fēng)沙流參數(shù)是根據(jù)實際沙塵暴爆發(fā)工況，通過相似理論計算轉(zhuǎn)化得出[38]。

2 防護(hù)涂層的物理及力學(xué)性能測試結(jié)果

2.1 接觸角

材料表面的接觸角反映了其疏水性，疏水性強(qiáng)，則材料不易被環(huán)境中的各項腐蝕性物質(zhì)滲透。由于風(fēng)沙地區(qū)伴隨著氯鹽侵蝕以及其他各項腐蝕性物質(zhì)的滲透，故對防護(hù)涂層進(jìn)行接觸角測試，評定防護(hù)涂層在風(fēng)沙及其復(fù)合環(huán)境下抵抗外界侵蝕的能力，結(jié)果如圖4 所示。從疏水性的角度來說，丙烯酸樹脂防護(hù)涂層的接觸角最大，疏水性較好，聚氨酯防護(hù)涂層次之，環(huán)氧樹脂防護(hù)涂層較差。以上結(jié)果表明，噴涂防護(hù)涂層有助于提高水泥砂漿表面的疏水性，提高其在環(huán)境中抗侵蝕能力。

圖4 不同防護(hù)涂層接觸角測試結(jié)果Fig.4 Contact angle of different kinds coatings

2.2 硬度

利用顯微硬度儀表征防護(hù)涂層的硬度，結(jié)果如圖5所示。丙烯酸防護(hù)涂層的硬度為13.11HV，明顯比聚氨酯防護(hù)涂層及環(huán)氧樹脂防護(hù)涂層的硬度高，說明丙烯酸防護(hù)涂層致密性更高，能更好地抵抗外力作用。在基材表面沉積硬度較高的防護(hù)涂層，可降低風(fēng)沙環(huán)境對基材表面的沖蝕損傷[39]。

圖5 不同防護(hù)涂層硬度測試結(jié)果Fig.5 Hardness of different kinds coatings

3 防護(hù)涂層的抗沖蝕性能分析

3.1 沖蝕角度對防護(hù)涂層抗沖蝕性能的影響

圖6 是噴涂防護(hù)涂層的試樣在沖蝕速度為26 m/s、下沙率為28 g/min 條件下，沖蝕角度與沖蝕率關(guān)系。由圖6 可知，在其他條件相同的情況下，基體材料的最大沖蝕率出現(xiàn)在90°，且沖蝕率隨角度增加而增加，表現(xiàn)為脆性材料的沖蝕損傷特征。對比3 種防護(hù)涂層在風(fēng)沙沖蝕后的損傷情況，發(fā)現(xiàn)聚氨酯防護(hù)涂層試樣損傷最嚴(yán)重，沖蝕角度約為30°時，存在最大沖蝕率；其次是環(huán)氧樹脂防護(hù)涂層試樣，沖蝕角度約為15°～30°時，存在最大沖蝕率；抗沖蝕性能較好的是丙烯酸防護(hù)涂層試樣，沖蝕角度約為15°～30°時，有最大沖蝕率，表現(xiàn)出典型塑形材料的沖蝕損傷特征。涂層硬度決定了防護(hù)涂層的抗沖蝕性能。由于丙烯酸硬度較高，相同沖蝕條件下，丙烯酸防護(hù)涂層具有較好的抗沖蝕性能，沖蝕角度為30°時，其最大沖蝕率比聚氨酯防護(hù)涂層下降了約57.56%，比環(huán)氧樹脂防護(hù)涂層下降了約33.57%。

圖6 不同防護(hù)涂層沖蝕率與沖蝕角度的關(guān)系Fig.6 Relationship between erosion rate and erosion angle of different kinds coatings

3.2 沖蝕速度對防護(hù)涂層抗沖蝕性能的影響

圖7 是噴涂不同防護(hù)涂層試樣在下沙率為28 g/min、沖蝕角度為30°條件下，沖蝕速度與沖蝕率的關(guān)系。由圖7 可知，隨沖蝕速度增加，基體試樣的沖蝕率呈正比例增長，且大于噴涂防護(hù)涂層的試樣，說明涂層起到了良好的抗沖蝕效果。在相同沖蝕條件下，防護(hù)涂層試樣的沖蝕率隨沖蝕速度的變化趨勢較為一致，通過斜率觀察到，沖蝕率均呈現(xiàn)先緩慢增加后加速上升的趨勢。出現(xiàn)該趨勢的原因主要是，涂層的沖蝕損傷是積累損傷的過程，當(dāng)速度較小時，低于材料的彈性承受能力，不足以使材料形成裂紋或失重，但速度的增加導(dǎo)致涂層所受的最大拉應(yīng)力會以較快速度達(dá)到屈服極限，這與其他學(xué)者的研究成果也較為一致[40-41]。當(dāng)沖蝕速度在17～20 m/s 時，防護(hù)涂層的沖蝕率隨沖蝕速度的增加而緩慢提升；當(dāng)沖蝕速度大于24 m/s時，沖蝕率隨沖蝕速度的增加而迅速增長。3 種防護(hù)涂層試樣的沖蝕率大小為：無防護(hù)涂層試樣（W）>聚氨酯防護(hù)涂層試樣（PU）>環(huán)氧樹脂防護(hù)涂層試樣（ER）>丙烯酸防護(hù)涂層試樣（AR）。其中，丙烯酸防護(hù)涂層有良好的抗沖蝕性能。

圖7 不同防護(hù)涂層沖蝕率與沖蝕速度的關(guān)系Fig.7 Relationship between erosion rate and erosion velocity of different kinds coatings

4 防護(hù)涂層的沖蝕機(jī)理分析

4.1 防護(hù)涂層的分形維數(shù)分析

沖蝕損傷是指流動的風(fēng)沙粒子反復(fù)沖擊試樣表面，并在表面留下沖蝕痕跡的過程。由于沖蝕現(xiàn)象的復(fù)雜性，對沖蝕損傷的評價存在很多困難，以往的研究多數(shù)只是利用沖蝕率來評價，未能利用沖蝕表面這一直接現(xiàn)象。分形幾何分析法是描述沖蝕表面分形特征的一種有效方法，利用沖蝕痕跡表現(xiàn)出的自相似性特征，將分形維數(shù)作為反映沖蝕損傷程度的特征量，可評價實際沖蝕損傷程度[36]。但速度的變化是能量增減的過程，能量變化引起表面裂紋增多，導(dǎo)致分形維數(shù)變化的離散性較大，無法準(zhǔn)確表征沖蝕表面在不同沖蝕階段的變化過程，故選擇在不同角度下對分形維數(shù)進(jìn)行研究。

拍攝沖蝕角度為30°及90°下不同涂層的沖蝕形貌，對圖像分析區(qū)域進(jìn)行剪切，對原始圖像選取了1024×1024 個相同的區(qū)域進(jìn)行計算，利用Matlab 程序使之轉(zhuǎn)化為灰度圖像，并進(jìn)行下一步分析，具體計算流程及結(jié)果如圖8 所示。經(jīng)過上述圖像處理后，繪制的lgε-lgN(ε)曲線呈現(xiàn)出明顯的線性特征，沖蝕平面的分形維數(shù)Ds計算結(jié)果如表3 所示。

圖8 分形維數(shù)Ds 計算流程及結(jié)果Fig.8 Calculation flow (a) and result (b) of fractal dimension Ds

由表3 可知，沖蝕損傷是一個動態(tài)變化過程。在沖蝕角度較高的情況下，沙粒的垂直沖擊導(dǎo)致防護(hù)涂層表面產(chǎn)生較大的塑性變形，表面分形維數(shù)增加，被沖蝕表面粗糙，但未超過材料的屈服極限，沖蝕率較低；在沖蝕角度較低的情況下，沙粒的水平分量導(dǎo)致防護(hù)涂層表面能承受的最大拉應(yīng)力達(dá)到材料屈服極限，涂層發(fā)生撕裂及脫粘，沖蝕率較高。沖蝕表面分形維數(shù)Ds的變化在一定程度上反映了不同沖蝕階段的變化，利用分形結(jié)果可追溯沖蝕損傷產(chǎn)生的機(jī)理。以上分析也證明，利用分形幾何分析沖蝕表面分形特征，可有效評價沖蝕損傷程度。

表3 不同防護(hù)涂層在不同角度時沖蝕平面分形維數(shù)DsTab.3 Fractal dimension Ds of different protective coatings at different angles

4.2 防護(hù)涂層的沖蝕損傷微觀形貌

首先對單顆沙粒的沖蝕實驗進(jìn)行分析，圖9 為顆粒在不同沖蝕角度下對防護(hù)涂層試樣的沖蝕示意圖。其中，N為涂層所受沖擊力，Ny和Nx分別為涂層所受沖擊力的軸向和徑向分量。在低角度沖蝕下，塑形材料易受粒子拉應(yīng)力Nx影響，使涂層表面形成韌性斷裂，沖蝕率較高；在高角度沖蝕下，塑形材料表面主要受粒子壓應(yīng)力Ny影響，在涂層表面形成組織隆起，產(chǎn)生塑性變形，且在材料屈服應(yīng)力范圍內(nèi)未造成損傷界面的脫落，沖蝕率較低。

圖9 顆粒不同低角度時對涂層沖蝕示意圖Fig.9 Diagram of erosion of particles on coating at different low angles

在對單顆粒沖蝕涂層力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，對沖蝕速度為 26 m/s、沙流量為 28 g/min、沖蝕時間為10 min、沖蝕角度分別為30°和90°時不同防護(hù)涂層的沖蝕損傷微觀形貌進(jìn)行分析，如圖10 所示。由低角度沖蝕損傷形貌（圖10a、b、c）可知，丙烯酸防護(hù)涂層試樣受到?jīng)_蝕后，試樣表面出現(xiàn)微裂紋及斷裂痕跡，但未出現(xiàn)明顯的片層脫落；環(huán)氧樹脂防護(hù)涂層試樣表面受到?jīng)_蝕后，涂層與基體產(chǎn)生輕微分離，部分涂層脫粘，發(fā)生大面積切削損傷，伴隨裂紋擴(kuò)展現(xiàn)象；聚氨酯防護(hù)涂層試樣表面受到?jīng)_蝕后，表面沖蝕損傷輪廓較為尖銳，出現(xiàn)片層脫落及韌性斷裂。由圖10d、e、f 可知，隨著沖蝕角度的增加，聚氨酯防護(hù)涂層試樣表面受到的粒子垂直壓力也不斷增加，致使部分隆起的組織形成不規(guī)則沖蝕空穴，且周圍伴有切削痕跡，分形維數(shù)比低角度時也略有增加；環(huán)氧樹脂防護(hù)涂層試樣表面受到?jīng)_蝕后，表面產(chǎn)生裂紋但仍處于粘結(jié)狀態(tài)，沖蝕率較低；丙烯酸防護(hù)涂層的試樣表面受到高角度沖蝕后，與損傷界面形成材料淤積，結(jié)構(gòu)相對緊密，因此在沖蝕角度較高的沖蝕環(huán)境中，該防護(hù)涂層的抗沖蝕效果較好。通過以上分析發(fā)現(xiàn)，沙粒以不同角度沖蝕涂層時，涂層不存在明顯的塑形變形和脆性破壞，而是隨著沖蝕分量的變化，損傷形式由塑性變形向脆性破壞過渡，且該現(xiàn)象存在于整個沖蝕過程當(dāng)中。

圖10 不同沖蝕角度時噴涂不同防護(hù)涂層的試樣表面損傷形貌Fig.10 SEM micrographs of eroded coating surface

結(jié)合圖9、10 發(fā)現(xiàn)，由于聚氨酯防護(hù)涂層試樣表面存在不規(guī)則氣孔，組織不均勻，當(dāng)受到粒子沖蝕時，氣孔周圍發(fā)生波浪狀塑性變形，易發(fā)生較大面積的脫落，抗沖蝕能力較差；相比之下，丙烯酸防護(hù)涂層硬度高，表面較為密實，在受到?jīng)_蝕時，發(fā)生韌性撕裂和脫粘現(xiàn)象，抗沖蝕效果較好；環(huán)氧樹脂防護(hù)涂層試樣的破壞程度介于兩者之間，在受到?jīng)_蝕時，沖蝕表面出現(xiàn)切削痕跡和未完全脫落的片層，相較于聚氨酯涂層，也具有更好的抗沖蝕性能。因此，通過噴涂防護(hù)涂層，可提高風(fēng)沙環(huán)境中混凝土基礎(chǔ)設(shè)施的抗沖蝕性能，結(jié)合防護(hù)涂層接觸角及硬度測試結(jié)果，認(rèn)為在風(fēng)沙環(huán)境中，丙烯酸防護(hù)涂層在水工結(jié)構(gòu)混凝土的防護(hù)上效果較好。

5 結(jié)論

1）通過在混凝土表面噴涂防護(hù)涂層，可防御風(fēng)沙環(huán)境造成的沖蝕破壞，提高其抗沖蝕性能。相同沖蝕條件下，丙烯酸防護(hù)涂層試樣的抗沖蝕性能比聚氨酯防護(hù)涂層試樣提升了約57.56%，比環(huán)氧樹脂防護(hù)涂層試樣提升了約33.57%。結(jié)合防護(hù)涂層的接觸角及硬度測試結(jié)果，認(rèn)為在風(fēng)沙環(huán)境中，丙烯酸防護(hù)涂層在水工結(jié)構(gòu)混凝土的防護(hù)上效果較好。

2）不同沖蝕速度下，不同防護(hù)涂層沖蝕率的變化趨勢較為一致，均呈現(xiàn)先緩慢增加、后加速損傷的趨勢。當(dāng)沖蝕速度介于17～20 m/s 時，防護(hù)涂層的沖蝕率隨沖蝕速度的增加而緩慢提升；當(dāng)沖蝕速度大于24 m/s 時，其沖蝕率隨沖蝕速度的增加而迅速加快。相同沖蝕條件下，不同防護(hù)涂層沖蝕率大小為：聚氨酯防護(hù)涂層>環(huán)氧樹脂防護(hù)涂層>丙烯酸防護(hù)涂層。

3）隨沖蝕角度變化，不同防護(hù)涂層的沖蝕率出現(xiàn)了不同的峰值。低角度沖蝕時，防護(hù)涂層的沖蝕率較高，沖蝕角度約在30°時，聚氨酯防護(hù)涂層有最大沖蝕率，沖蝕角度在15°～30°時，環(huán)氧樹脂及丙烯酸防護(hù)涂層有最大沖蝕率。與低角度下的沖蝕率相比，防護(hù)涂層在高角度時的沖蝕率較低，抗沖蝕性能較好，表現(xiàn)出典型的塑性材料沖蝕損傷特征。在不同角度下沖蝕防護(hù)涂層時，不存在明顯的塑形變形和脆性破壞階段，而是隨沖蝕分量變化，產(chǎn)生塑性變形向脆性破壞過渡的機(jī)制，且該現(xiàn)象存在于整個沖蝕過程中。

4）分析表面分形維數(shù)Ds及受沖蝕后的微觀形貌，發(fā)現(xiàn)低角度沖蝕時，沙粒壓力的水平分量致使防護(hù)涂層所受的最大拉應(yīng)力達(dá)到材料屈服極限，發(fā)生撕裂及脫粘，沖蝕率較高；高角度沖蝕時，沙粒的垂直分量致使其表面出現(xiàn)隆起及空穴等塑性變形，分形維數(shù)Ds增加，且在未超過材料屈服應(yīng)力前，不會造成損傷界面的脫落，沖蝕率較低。