增强聚合物复合材料的水载侵蚀研究：在浅海海洋环境中的应用及其侵蚀机制与模型预测

本综述系统探讨了纤维增强聚合物（FRP）复合材料在模拟海洋环境下的水载砂粒侵蚀行为。研究通过控制流速（2和6 m/s）、砂粒浓度（0、0.05和0.4 g/L）及冲击角度（5°、30°、60°、90°），揭示了碳纤维增强聚合物（CFRP）与玻璃纤维增强聚合物（GFRP）的侵蚀机制差异。结合表面轮廓测量与扫描电镜（SEM）分析，明确了从微犁削到脆性断裂的多模式侵蚀行为，并建立了经验模型，为海洋工程中材料选择与寿命预测提供关键依据。

　　

1 引言

1.1 纤维增强聚合物在海洋应用中的侵蚀敏感性

固体颗粒侵蚀是材料表面因固体颗粒反复冲击和微尺度机械相互作用而发生的损伤和渐进性损耗现象。这种现象在包括海洋工程和基础设施在内的众多行业中已被充分记录。纤维增强聚合物（FRP）因其耐腐蚀性、高比强度、优异的刚度、耐久性以及设计灵活性，已成为海洋和近海应用中不可或缺的材料，替代了传统的钢和铝构件。

尽管FRP具有优越性能，但恶劣的环境条件，包括盐度、水环境以及由水流携带的砂、淤泥和其他碎屑等侵蚀性固体颗粒的存在，可能导致复合材料发生侵蚀性降解，从而影响其结构完整性和长期性能。因此，聚合物复合材料的耐侵蚀性现已成为材料选择过程中的一个关键因素。

1.2 FRP侵蚀文献综述及海洋试验中的数据空白

文献中，固体颗粒侵蚀行为大致分为延性和脆性两类。延性侵蚀的特点是塑性变形、微切削和犁削等机制，这些机制由颗粒间的切向相互作用驱动，在低冲击角度下尤为突出。脆性侵蚀的特点是微裂纹和局部塑性变形等机制，在法向冲击角度下产生最大侵蚀速率（ER）。

纤维增强与聚合物耐侵蚀性之间的关系是复杂的。一些研究表明，纯聚合物比用纤维增强的聚合物更能抵抗侵蚀，添加纤维后观察到更高的ER，纤维含量越高导致侵蚀越快。然而，纤维在基体材料内充当屏障，通过阻止更多裂纹的萌生和扩展来有效阻碍损伤蔓延，最终增强材料的整体耐久性。这些研究进一步揭示，纤维与周围聚合物基体之间的弱界面结合可能导致过早失效，复合材料更容易被侵蚀。

许多研究者探索了各种聚合物及其复合材料的耐侵蚀性。然而，一些研究探索了碳纤维和玻璃纤维复合材料在各种条件下的性能和应用，但大多数研究主要关注气流中的固体颗粒侵蚀（干空气-固体颗粒射流侵蚀），并且涉及高范围的颗粒浓度和速度。没有工作在直接与海洋环境相关的条件下进行，特别是在包括浅冲击角度和低或零砂含量的情况下。

2 方法论

2.1 实验细节

2.1.1 材料

本研究中使用的材料是碳纤维增强聚合物（CFRP）和玻璃纤维增强聚合物（GFRP），由FUZE Solutions公司（澳大利亚）制造，符合海洋条件的规格。FRP层压板采用传统的湿法铺层技术构建，使用环氧树脂作为基体，分别使用四层四轴碳纤维织物和四层三轴玻璃纤维织物。织物的多方向取向提供了纵向和横向的强度和刚度，增强了材料的抵抗力和结构完整性。

2.1.2 侵蚀测试条件与设置

海洋环境中的电流速度通常在0.5至3 m/s之间变化，但在沿海地区、近海结构周围或风暴期间，速度会显著上升。悬浮砂的浓度是另一个关键因素，通常在约0.01至2000 mg/L之间变化，受波浪能量、潮汐流、沉积物可用性、海岸地形和季节性的影响。

本研究在变化的水-砂浆冲击条件下研究了GFRP和CFRP复合材料的侵蚀行为。测试在两种不同的低速度（2和6 m/s）下进行。此外，选择了四个冲击角度进行测试：90°、60°、30°和5°。在砂浓度方面，研究了三种不同的条件：0 g/L（清水）、0.05 g/L和0.4 g/L。样本尺寸为40 × 40 × 4 mm。每次实验前后，样本用甲醇（99.8%）清洗，在50°C下干燥，并在微量天平上称重，以获得ER（mg/(mm2 年)）。

2.2 硬度测试

硬度是影响耐侵蚀性的关键因素，对ER建模有直接影响。采用维氏硬度测试来评估FRP复合材料的硬度，使用Struers Duramin-4 M1硬度测试仪。测试按照ASTM E384标准进行，施加1 kg载荷。对于每种复合材料，在每个样本表面的10个不同位置进行硬度测量，并将这些读数的平均值报告为最终硬度值。

2.3 表面轮廓测量与显微镜检查

为了全面了解侵蚀效应和影响FRP复合材料的机制，采用了结合表面轮廓测量和扫描电子显微镜（SEM）的综合方法。表面轮廓测量能够精确量化形貌变化，包括表面粗糙度和侵蚀深度，提供材料损失和磨损模式的详细评估。使用Solarius Atlas 6300 WLC系统，利用彩色共焦和白光干涉传感器进行非接触式光学测量，提供高分辨率表面轮廓。

SEM被用来研究增强聚合物复合材料的微尺度侵蚀机制和表面降解行为。使用ZEISS NEON 40EsB交叉束场发射扫描电子显微镜（澳大利亚科廷大学）拍摄显微照片。电子束的加速电压为5 kV。该仪器配备二次电子（SE）、背散射电子（BSE）和二次内透镜探测器，提供表面形态的高分辨率成像。工作距离保持在4至5.5 mm之间以优化图像清晰度。SEM图像揭示了明显的侵蚀模式，包括表面凹坑、微裂纹、材料去除以及特定侵蚀模式的发展，阐明了材料降解过程。

为了进一步分析侵蚀样本中的元素组成和分布，使用与SEM系统集成的牛津INCA X-act探测器进行了能量色散X射线光谱（EDS）分析。分析在10 kV加速电压下进行，以确保足够的信号强度，同时保持界面分析的空间分辨率。使用牛津Aztec 5.1软件进行数据采集和处理。在暴露的纤维区域和周围的基体材料上进行了区域映射和定向点分析，以获得精确的定量成分数据。

3 结果与讨论

3.1 GFRP和CFRP在测试海洋条件下的侵蚀速率

3.1.1 清洁海水中的侵蚀速率

在第一组侵蚀测试中，评估了GFRP和CFRP复合材料在模拟海水中零砂浓度下的ER。对于给定的2 m/s速度，ER通常较低。GFRP在90°冲击角度下表现出约0.53 mg/mm2年，而CFRP在相同条件下显示出略低的速率，约为0.48 mg/mm2年。随着冲击角度的减小，两种材料的ER都降低。在60°时，GFRP和CFRP的ER分别约为0.48和0.43 mg/mm2年。这种趋势在30°角度下持续，GFRP约为0.38 mg/mm2年，CFRP接近0.34 mg/mm2年。5°的浅角度导致最低的侵蚀，两种复合材料的速率都在0.24 mg/mm2年左右。

当速度增加到6 m/s时，由于传递给表面的能量更大，ER成比例增加。例如，GFRP在90°冲击角度下记录约0.82 mg/mm2年，而CFRP记录约0.7 mg/mm2年。在60°时，GFRP和CFRP的速率分别为0.67和0.62 mg/mm2年。当角度减小到30°时，值下降到GFRP为0.53 mg/mm2年，CFRP为0.48 mg/mm2年。5°的浅角度再次显示最小侵蚀，两种复合材料的速率都在0.34 mg/mm2年左右。

3.1.2 低砂浓度（0.05 g/L）下的侵蚀速率

在第二组测试中，引入了0.05 g/L的砂浓度，向水中添加了磨料成分。随着砂颗粒加剧基体表面降解，速度和冲击角度的影响变得更加明显。如图3所示，2 m/s的流速导致GFRP在90°时的ER为0.82 mg/mm2年，而CFRP表现出较低的0.67 mg/mm2年速率。对于60°，GFRP和CFRP显示出更高的ER，分别为0.96和0.82 mg/mm2年。当角度减小到30°时，GFRP的ER下降到0.58 mg/mm2年，而CFRP紧随其后，速率为0.51 mg/mm2年。在5°时再次观察到低ER，GFRP记录0.34 mg/mm2年，CFRP记录0.32 mg/mm2年。

在6 m/s的较高速度下，砂颗粒的额外能量导致ER显著上升。对于90°冲击，GFRP和CFRP的ER分别为1.2和1.01 mg/mm2年。在60°时，GFRP经历1.39 mg/mm2年的ER，而CFRP为1.2 mg/mm2年。进一步减小到30°，GFRP表现出0.86 mg/mm2年的速率，CFRP紧随其后为0.74 mg/mm2年。速率然后在5°时下降到GFRP为0.48 mg/mm2年，CFRP为0.43 mg/mm2年。

3.1.3 高砂浓度（0.4 g/L）下的侵蚀速率

由于浆料中砂颗粒负载增加，两种复合材料在所有条件下的ER都更高。冲击角度继续发挥关键作用，在两种速度下，60°时观察到最高的ER。

在2 m/s的速度下，GFRP在90°冲击时显示出1.3 mg/mm2年的ER，而CFRP具有较低的1.0 mg/mm2年速率。ER在60°冲击时增加，GFRP达到1.58 mg/mm2年，CFRP为1.34 mg/mm2年。趋势在30°时持续，GFRP和CFRP显示出较低的ER，分别为0.96和0.77 mg/mm2年，对于浅角度5°，速率进一步下降到GFRP为0.53 mg/mm2年，CFRP为0.38 mg/mm2年。

当速度增加到6 m/s时，由于高速和增加砂浓度的联合效应，ER的增加变得更加明显。对于90°冲击，GFRP表现出2.1 mg/mm2年的ER，而CFRP具有相对较低的1.73 mg/mm2年速率。在60°时看到最高速率，GFRP记录2.45 mg/mm2年，CFRP记录2.11 mg/mm2年。随着角度减小，ER在30°时下降到GFRP为1.63 mg/mm2年，CFRP为1.38 mg/mm2年，而在5°时，速率下降到GFRP为0.91 mg/mm2年，CFRP为0.74 mg/mm2年。

3.2 侵蚀行为分析

3.2.1 冲击速度的影响

在所有测试条件和两种聚合物复合材料中，速度从2增加到6 m/s显著放大了整体侵蚀，最大的ER发生在高冲击角度和高砂浓度下。侵蚀性能突出了ER对冲击速度的强烈依赖性。更高的速度对应于冲击时传递给材料表面的更大动能，导致侵蚀材料和样本表面之间更多的相互作用，并导致更大的材料损失。

3.2.2 冲击角度的影响

冲击角度对ER有相当大的影响，最严重的侵蚀通常在高角度下观察到。对于清水侵蚀测试（零砂浓度），ER在90°时达到峰值，其中法向冲击力最大化，导致最有效的材料从表面去除。速率在60°、30°和5°角度下逐渐减小，其中水冲击力的垂直分量及其动能不太明显，并且水与复合材料表面的相互作用变得更加掠射，导致材料去除效果较差。

随着砂颗粒作为侵蚀剂加入水中，GFRP和CFRP复合材料的侵蚀模式发生变化，反映了砂颗粒的磨蚀性质。60°冲击角度产生最高的ER。这种现象可归因于在该角度下颗粒的法向和剪切冲击力的联合效应。砂颗粒以足够的法向力冲击表面以穿透和侵蚀基体，而切向力进一步磨蚀表面，促进表面的切削和犁削。在90°时，ER略低，因为颗粒主要垂直冲击表面，最小的切向作用以促进进一步侵蚀。对于较低角度如30°和5°，颗粒冲击更加掠射，导致减少的ER。低入射角度允许颗粒滑动而不是嵌入基体中，导致更少的表面磨损。这些结果在使用的两种砂浓度中是一致的，尽管由于涉及的颗粒数量更多，ER的绝对值在0.4 g/L浓度下更高。

3.2.3 砂浓度的影响

在水中加入磨料颗粒（砂）显著增加了ER，0.4 g/L的高浓度产生最明显的表面磨损，特别是在更高速度和冲击角度下。在清水中（0 g/L砂浓度），磨料颗粒的缺失导致低ER。 resulting侵蚀主要通过流体和复合材料表面之间的机械相互作用发生。将低浓度砂颗粒（0.05 g/L）引入水射流中向侵蚀过程添加了磨料成分，加剧了两种复合材料所经历的表面磨损。砂颗粒的添加通过冲击时引起局部损伤来增强表面侵蚀。在0.4 g/L的较高砂浓度下，砂颗粒的磨料作用显著更强烈，导致GFRP和CFRP复合材料上的 substantial侵蚀。

3.2.4 纤维类型和增强的影响

在所有测试中，CFRP表现出比GFRP更好的耐侵蚀性。这种差异，在大多数情况下是 modest的，可归因于碳纤维固有的机械性能，特别是其更好的刚度、与环氧基体更强的结合能力以及比GFRP更有效地吸收和消散冲击能量的能力。这导致对基体 detachment和表面磨损的更好抵抗力，特别是在更高的冲击角度、速度和砂浓度下，其中侵蚀力更严重。这种趋势在较低砂浓度和更浅角度下不太明显，特别是在5°，其中GFRP和CFRP表现几乎相似，因为冲击力的垂直部分及其动能不太明显，导致观察到的最小ER。这一观察表明，在极端条件下，CFRP提供对表面侵蚀的优越保护，但在中等条件下，两种材料的性能收敛。

这种侵蚀性能与硬度测量结果一致，因为CFRP的较高硬度（34.3 HV）与GFRP（32.5 HV）相比，进一步验证了其在侵蚀条件下对材料损失的优越抵抗力。这得到了表2中列出的机械性能的进一步支持，其中CFRP显示出比GFRP更高的拉伸强度、模量和ILSS值，提供了对其增强的耐侵蚀性的额外洞察。

为了评估增强对复合材料耐侵蚀性的影响，将GFRP和CFRP与纯环氧树脂（EP）进行了比较。比较在6 m/s速度、0.4 g/L砂浓度和60°冲击角度下进行。如图4所示，GFRP具有最高的ER（2.45 mg/mm2年），其次是CFRP（2.11 mg/mm2年）和纯环氧树脂（1.54 mg/mm2年）。GFRP的高ER与玻璃纤维的性质有关，如与环氧基体的弱结合和较少的有效能量耗散，这加速了基体 detachment。纯环氧树脂表现出最低的ER，受益于其在没有纤维-基体界面情况下的均匀侵蚀行为。这些发现突出了在机械强度和耐侵蚀性之间取得平衡的重要性，这对于在海洋和近海环境中选择合适的材料至关重要。类似的行为已在其他研究中记录，其中纯环氧树脂在某些条件下显示出比纤维增强复合材料更低的ER。

本研究的发现表明，CFRP是长期暴露于高海洋电流和磨料流的应用的良好候选材料，特别是在维护机会有限且必须最小化操作停机时间的情况下。例如，在近海石油和天然气平台中，CFRP为连接浮动生产单元和海底基础设施的立管提供了一个有前途的解决方案，这些立管持续暴露于波浪作用和含砂流中。类似地，海洋结构的飞溅区、船舶和潜艇螺旋桨以及用于潮汐和波浪能量系统的叶片在严重侵蚀条件下运行。在这种环境中，其中含颗粒水以 substantial动能冲击，CFRP的优越耐侵蚀性有助于关键部件的耐久性和结构完整性。

研究结果还表明，在平静的海洋环境中，GFRP提供与CFRP相当的性能。鉴于其显著更低的成本，如先前研究所示，GFRP为中等 duty应用提供了更经济的解决方案，其中极端耐侵蚀性不是关键。这一优势使其非常适合部件，如船体、平台沉箱、海底管道和离岸风力涡轮机中的结构元件。最终，材料选择应基于机械性能、环境严重性和成本效率的平衡评估。

与表1中呈现的先前侵蚀研究相比，本工作中报告的ER substantially更低。这种差异主要是由于使用了更现实的类海洋条件，包括本研究中使用的代表性砂浓度、冲击角度和流速。在他们的研究中，Harsha和Jha使用干空气-砂射流测试台研究了GFRP和CFRP复合材料的侵蚀行为，报告的ER显著高于本研究中获得的ER。这种差异主要归因于其设置中使用的冲击速度高得多，大约比我们的高10倍，导致 substantially更高的动能和侵蚀严重性。类似地，Vera-Cardenas等人使用了可比较的干空气-砂测试方法，并记录了比这里观察到的ER高 nearly五数量级。这种差异可以通过其测试中使用的极高砂负载来解释，这超过了海洋环境中通常发现的砂浓度几个数量级。此外，这些研究是在不反映近海或海底应用典型侵蚀暴露的条件下进行的；复合材料的整体侵蚀行为仍然可比。在所有情况下，CFRP表现出比GFRP更大的抗表面降解能力。此外，峰值ER consistently在 oblique冲击角度下观察到，突出了法向和剪切力的联合效应作为主要侵蚀工具，无论测试环境如何。

3.3 侵蚀对CFRP和GFRP表面轮廓的影响

表面轮廓测量提供关于表面形貌的详细定量数据，包括表面峰和谷分布、粗糙度和垂直轮廓的变化。这些信息对于理解侵蚀如何随时间影响材料表面特性至关重要，提供了表面形态与侵蚀性能之间的直接联系。对于研究的这一部分，我们专注于产生最高ER的测试条件，即6 m/s速度、0.4 g/L砂浓度和60°冲击角度。CFRP和GFRP的样本在三个特定间隔扫描：（i）侵蚀前，建立基线表面特性；（ii）侵蚀2天后，捕获早期表面降解；和（iii）侵蚀2周后，反映扩展的侵蚀测试。该技术允许进行侵蚀的渐进分析，将材料表面变化与实验ER相关联。

3.3.1 峰和孔面积量化分析

这种方法提供了侵蚀进展的清晰定量比较，涉及两种材料表面在每个侵蚀阶段的峰和孔总面积。侵蚀前（图5a），两种材料表现出纤维编织印记的模式，源于在模制和固化过程中嵌入树脂内的编织纤维排列。这些图案由浅表面压痕组成。远离这种图案，两种材料表现出相对光滑的表面。CFRP最初显示出比GFRP（52.2 mm2）更高的总孔面积（148.7 mm2），由于其不太均匀的纤维微观结构排列（图S2a）。侵蚀2天后（图5b），CFRP的孔面积最小增加到152.5 mm2，反映了其更好的抗表面降解能力。相比之下，GFRP的孔面积上升到92.4 mm2，表明对材料去除的更明显敏感性。基于孔面积相对于总扫描表面（1444 mm2）的增加，计算侵蚀诱导裂纹密度为CFRP的0.26%和GFRP的2.78%。

到2周测试结束时（图5c），CFRP的孔面积增加到213.3 mm2，而GFRP的达到174.2 mm2。虽然CFRP最终表现出更大的总孔面积，但增加速率显著更低（CFRP约65 mm2对GFRP 122 mm2），进一步强调了其优越的耐侵蚀性。2周后相应的裂纹密度增加到CFRP的4.47%和GFRP的8.45%，确认了CFRP中侵蚀诱导损伤的较慢积累。虽然表面轮廓测量提供了形貌变化的全面理解，但它没有捕捉到驱动侵蚀的微观结构机制。

3.3.2 三维表面轮廓分析

三维表面轮廓揭示了侵蚀如何随时间改变CFRP和GFRP的形貌，提供理解侵蚀期间材料表面再分布的额外度量。侵蚀前（图6a），两种材料表现出相对光滑的表面以及纤维编织印记，其特征是浅表面压痕，CFRP显示出更高的初始纤维编织印记。侵蚀2天后（图6b），两种材料的表面粗糙度显著增加，编织图案转变为更深和更明显的压痕。对GFRP的影响更明显，表明更高的材料去除。相比之下，CFRP表现出中等的表面变化，表明对材料去除的更大抵抗力。侵蚀2周后（图6c），样本表面和编织图案显示进一步降解，其特征是更深和更宽的压痕。GFRP的表面也显示沟槽和碎片区域的形成。另一方面，CFRP保持更均匀的表面，具有不太明显的形貌变化，反映了其在相同条件下对侵蚀力的优越抵抗力。这些观察与实验结果一致，确认CFRP在相同条件下提供比GFRP更好的耐侵蚀性。

测量了侵蚀前后表面的定量表面粗糙度参数（表4）。区域表面粗糙度度量，包括算术平均高度（S_a）、最大坑深度（S_v）、最大峰高度（S_p）和最大高度（S_z），根据ISO 25178标准计算。侵蚀前，CFRP表现出比GFRP（S_a = 13.91 μm; S_z = 704.0 μm）更高的S_a（20.18 μm）和S_z（1519.4 μm），反映了其由于纤维编织印记而产生的更不规则形貌。这与CFRP在图5中的更大初始孔面积一致（148.7对GFRP 52.2 mm2），这归因于制造相关特征而不是损伤。

侵蚀2天后，CFRP的S_a略微增加到21.40 μm，而S_p和S_v都减少（S_p: 786.4–570.2 μm; S_v: 733.1–489.9 μm），导致减少的S_z为1060.1 μm。这些变化表明早期侵蚀主要通过平整基体初始峰来平滑表面，与图5中孔面积初始 modest增加到152.5 mm2一致。相比之下，GFRP表现出S_a急剧增加到18.00 μm和S_v增加到734.1 μm，表明由于基体降解而形成更深的侵蚀谷。S_z也上升到988.9 μm，确认通过主动材料去除发展表面粗糙度。

相应的孔面积急剧上升到92.4 mm2支持GFRP在早期阶段更大的侵蚀敏感性。2周后，CFRP的S_a进一步增加（24.43 μm），并且S_v略微上升到494.4 μm，表明基体去除的开始和更深的表面损伤。S_p和S_z进一步下降，表明表面峰的持续磨损。GFRP也显示S_a增加到20.58 μm，但S_v和S_z都略微下降到691.5 μm和824.6 μm，可能由于陨石坑平滑。其孔面积增长到174.2 mm2，确认持续侵蚀。这些结果表明CFRP表现出渐进侵蚀，而GFRP显示快速基体损失和更深谷 formation。S_a的进展密切镜像峰和谷趋势，强化了形貌和区域降解指标之间的一致性。

3.3.3 垂直线轮廓分析

为了补充三维表面扫描，从表面提取了垂直线轮廓，以提供不同侵蚀阶段沿线性表面部分的高度变化的更详细比较。在粗糙度测量中，轮廓的总高度（Pt）表示表面轮廓评估长度内最高点和最低点之间的距离。侵蚀前（图7a），两种材料表现出相对均匀的轮廓，高度偏差最小，与其相对光滑的预侵蚀表面一致。侵蚀2天后（图7b），GFRP轮廓粗糙度变得更加不规则，高度差异增加反映了侵蚀 formation。相比之下，CFRP表现出峰和谷高度的较小增加，表明较慢的材料去除，因此具有更好的抵抗侵蚀引起的表面不规则性的能力。到2周结束时（图7c），GFRP轮廓显示粗糙度和高度变化的进一步增加，谷加深，指示额外的材料损失。同时，CFRP的轮廓保持更稳定，具有不太明显的额外高度差异，提供实验差异在两种材料侵蚀行为中的额外定量证据，并确认CFRP的性能优势。

3.4 扫描电子显微镜分析

SEM对于获得底层侵蚀机制的更详细理解至关重要。它能够可视化细尺度失效特征，并提供关于侵蚀力如何与复合材料微观结构相互作用的关键洞察。当与表面轮廓测量结合时，这种综合方法提供了表面形貌和微尺度降解的全面评估，指导开发更耐侵蚀的复合材料用于海洋和近海应用。

使用SEM评估GFRP和CFRP复合材料的表面，侵蚀测试在砂浓度（0.4 g/L）、6 m/s冲击速度和变化冲击角度5°、60°和90°下进行。该分析旨在识别不同冲击角度下的主要侵蚀机制，基于冲击动力学证明观察到的表面特征，并将发现与测量的ER相关联。图8a显示侵蚀前GFRP表面的SEM图像，而图8b代表该复合材料在清洁水侵蚀后90°法向冲击角度和6 m/s速度下侵蚀2天的SEM显微照片。

显微照片显示聚合物基体经历了明显的表面降解机制。侵蚀主要特点是基体疲劳和塑性变形，表面观察到浅 scattered微 detachment。微 detachment是疲劳磨损的指示，其中来自水冲击的累积应力削弱基体表面，导致表层材料 dislodgement。冲击时水的耗散动能不足以更深穿透通过基体，这证明了在类似实验测试条件下观察到的低ER。这些SEM观察与先前关于聚合物复合材料水诱导侵蚀的研究一致。

当砂颗粒冲击表面时，施加的力可分为两个主要分量：F_v，垂直力，和F_p，平行力。F_v垂直于表面作用，通过直接将能量传递到材料中来控制冲击驱动的侵蚀机制。相比之下，F_p与表面切向作用，负责磨料磨损，其中颗粒切割、犁削或磨蚀表面。然而，冲击角度影响两个分量的相对大小，导致不同的侵蚀机制。

在浅冲击角度如5°，SEM显微照片显示最小的表面损伤，其特征是浅磨痕。如图8c,d所示，该角度的主要侵蚀机制包括表面微犁削，如基体表面上与颗粒流动方向对齐的 faint磨痕所证明。这些特征表明侵蚀由切向颗粒相互作用控制，其中砂颗粒主要滑过复合材料表面而没有显著穿透。F_p变得更有影响力，对磨蚀效应贡献更多，因为颗粒倾向于滑过和刮擦表面。由于垂直力F_v在这些低角度下相对较小，法向施加的整体能量最小。因此，侵蚀值在浅角度下保持较低。这些机制与侵蚀测试结果一致，其中记录了两