金屬粉末在冶金抗磨復(fù)合材料中的應(yīng)用研究

王澤政

（陜西省西安市長安大學(xué)，陜西 西安 710016）

金屬粉末抗磨復(fù)合材料的應(yīng)用，對具有大規(guī)模抗磨制備的精細(xì)結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)方法有利。當(dāng)前傳統(tǒng)的冶金制備使用的軸承大部分都是傳統(tǒng)機(jī)械軸承潤滑油脂，但是冶金制備實(shí)際工作環(huán)境較為惡劣[1]。在一定程度上，不僅會造成大量冷卻水和機(jī)械軸承潤滑油脂的能源浪費(fèi)，而且還易污染附近的環(huán)境。而金屬粉末抗磨復(fù)合材料的使用能夠有效的減少這一問題，改善工業(yè)冶金技術(shù)。

當(dāng)前金屬粉末的冶金抗磨復(fù)合材料應(yīng)用，主要是粉末顆粒的復(fù)合化設(shè)計(jì)，在金屬粉末實(shí)現(xiàn)復(fù)合化的同時(shí)促進(jìn)其功能化的發(fā)展。也就是通過其功能化和復(fù)合化的結(jié)合，將金屬粉末包覆于冶金制備中某種物質(zhì)上。而為了避免單一金屬粉末聚積的問題，可以將多種性質(zhì)不同的金屬粉末制備成冶金抗磨的復(fù)合材料。

金屬粉末的冶金抗磨復(fù)合材料的應(yīng)用，不僅改變了金屬粉末的分散性、流動性、催化性等功能，還可以通過調(diào)整冶金抗磨復(fù)合材料下的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使其具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[2]。因此，金屬粉末的冶金抗磨復(fù)合材料應(yīng)用，提高了金屬粉末的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；擴(kuò)大了金屬粉末的應(yīng)用范圍；對金屬粉末的冶金抗磨制品的性能提高有著重要影響。

1 基于金屬粉末的冶金抗磨復(fù)合材料設(shè)計(jì)

1.1 制備金屬粉末的方法

機(jī)械制備金屬粉末的冶金抗磨復(fù)合材料，主要是通過研磨和干式?jīng)_擊復(fù)合法兩種方法制備的。金屬粉末的制備在球磨初期，金屬顆粒往往是經(jīng)過破碎、焊合、擠壓、變形，在機(jī)械力的作用下，金屬的層狀結(jié)構(gòu)被不斷細(xì)碎化，形成所需的金屬粉末。

金屬粉末的制備可以通過溶解金屬粉末中的各種成分離子，進(jìn)而電解質(zhì)溶解金屬粉末，反應(yīng)產(chǎn)生金屬粉末均勻的沉淀。在催化劑的作用下，利用合適的金屬粉末還原劑，制備出均勻、分散、細(xì)小的金屬粉末包。采用化學(xué)鍍法制備金屬粉末復(fù)合材料，在一定程度上改善了金屬粉末的冶金抗磨復(fù)合材料的潤滑度，并且提高了金屬粉末復(fù)合材料的硬度[3]。

1.2 設(shè)置復(fù)合材料結(jié)構(gòu)參數(shù)

金屬粉末在冶金抗磨復(fù)合材料中的應(yīng)用，主要是通過金屬粉末的選擇、不同性質(zhì)金屬粉末的混合，以及金屬粉末的壓制和燒結(jié)等制備的。

在制備金屬粉末冶金抗磨復(fù)合材料的過程中，是通過金屬顆粒等級、金屬粉末混合比例、壓制時(shí)間，燒結(jié)溫度等方法獲得金屬粉末冶金復(fù)合材料的。

設(shè)置金屬粉末冶金抗磨復(fù)合材料的參數(shù)，主要包括金屬粉末冶金的密度、孔隙率、滲透率等[4]。通過排水法測量，對金屬粉末冶金抗磨復(fù)合材料的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，經(jīng)計(jì)算得到的參數(shù)公式為：

其中，ρs為金屬粉末冶金抗磨復(fù)合材料的試樣密度；ρw為冷卻水的密度；φ為金屬粉末冶金孔隙率；ρm為冶金制備中致密材料的密度。此外，在金屬粉末冶金抗磨復(fù)合材料應(yīng)用過程中，金屬粉末的滲透率也尤為重要，參數(shù)公式為：

其中，Kg為金屬粉末的滲透率；pa為大氣氣壓；Qg為空氣流量；μg為本日空氣粘度；L為金屬粉末測試長度；A為金屬粉末冶金抗磨復(fù)合材料的橫截面積；P1為金屬粉末氣體進(jìn)口壓力；p2為金屬粉末氣體出口壓力。懸浮液的相對粘度會隨著金屬粉末冶金抗磨復(fù)合材料的體積變化，得到其非線性相關(guān)的增加。

1.3 實(shí)現(xiàn)金屬粉末冶金的復(fù)合材料應(yīng)用

在制備冶金抗磨復(fù)合材料時(shí)，金屬粉末是在物理和化學(xué)兩者作用下沉積、制備的。

因此，金屬粉末在冶金抗磨復(fù)合材料中的應(yīng)用，是通過深床過濾實(shí)現(xiàn)的。而金屬粉末在冶金抗磨復(fù)合材料是由金屬粉末和冶金懸浮液兩部分組成的。

球形金屬或者基于復(fù)合顆粒的金屬，都有著良好的流動性、均勻的金屬粉末填充密度，以及高粘度的冶金抗磨復(fù)合材料的制品屬性[5]。

金屬粉末的制備都是通過PCS進(jìn)行的球形化或是復(fù)合化處理的，進(jìn)而通過SEM照片觀察處理效果。隨著金屬粉末研磨時(shí)間的延長，金屬粉末的顆粒感就會隨之減少。對于研磨后的金屬粉末冶金抗磨復(fù)合材料，其延展性能較好，初步實(shí)現(xiàn)了金屬粉末的均勻混合。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

將316L金屬粉末冶金抗磨復(fù)合材料、316L金屬粉末冶金潤滑油分別和CFRPEEK進(jìn)行匹配，進(jìn)而進(jìn)行金屬粉末在冶金抗磨復(fù)合材料中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，觀察其復(fù)合材料的磨損情況。根據(jù)對比金屬粉末的顆粒濃度0g/L、1g/L，以及2g/L；金屬粉末復(fù)合材料的孔隙率；冶金抗磨復(fù)合材料的表面形貌和磨損率，進(jìn)一步設(shè)置金屬粉末在冶金抗磨復(fù)合材料應(yīng)用中的參數(shù)，探究金屬粉末冶金抗磨復(fù)合材料對外部參數(shù)的敏感度。

試驗(yàn)中使用的是MMU-10F端面冶金磨損試驗(yàn)機(jī)，它是由驅(qū)動系統(tǒng)、加載系統(tǒng)、測試系統(tǒng)，以及外部環(huán)境變化系統(tǒng)這四部分組成。

此外，金屬粉末在冶金抗磨復(fù)合材料下的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，可以通過人為控制液壓動力參數(shù)的輸出壓力實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)機(jī)的轉(zhuǎn)速傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器等，可分別對金屬粉末在冶金抗磨復(fù)合材料下的應(yīng)用過程中的轉(zhuǎn)速、溫度、外載荷等進(jìn)行有效觀察。其中上試樣在電機(jī)的同步驅(qū)動下，保證一定的轉(zhuǎn)速，采用球鉸進(jìn)行角度調(diào)整，來保證上試樣與下試樣的充分接觸。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果

金屬粉末在冶金抗磨復(fù)合材料下的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)為了獲得較為精準(zhǔn)的參數(shù)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為120分鐘。為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一定有效性，將重復(fù)三次金屬粉末冶金制備實(shí)驗(yàn)，最后獲得平均磨損率。在金屬粉末在冶金抗磨復(fù)合材料下的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)開始和結(jié)束，都將上試樣和下試樣用無水乙醇清洗，常溫風(fēng)下吹干。

表1 金屬粉末冶金復(fù)合材料性能參數(shù)

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)屬性參數(shù)，在轉(zhuǎn)速500r/min、外載荷400N的條件下，其磨損率為0.3%。增加金屬粉末冶金抗磨復(fù)合材料的孔隙率，可以改善其抗磨性。增加金屬粉末冶金的孔隙率，可以有效抑制冶金抗磨復(fù)合材料的變化，使其冶金制品表面光滑、平整。

3 結(jié)語

基于金屬粉末的特性，構(gòu)建冶金抗磨復(fù)合材料應(yīng)用模型，對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化重置，進(jìn)而保證了冶金抗磨復(fù)合材料的應(yīng)用效率。

傳統(tǒng)的冶金技術(shù)制備不能夠滿足其抗磨性的需求，而基于金屬粉末的冶金抗磨復(fù)合材料的應(yīng)用解決了這一問題。金屬粉末在冶金抗磨復(fù)合材料的應(yīng)用中，其良好的抗磨能力，大大提高了冶金制備的材料的使用壽命。在以后的冶金技術(shù)的發(fā)展中，有巨大的市場空間。