金屬粉末在冶金抗磨復合材料中的應用研究

王澤政

（陜西省西安市長安大學，陜西 西安 710016）

金屬粉末抗磨復合材料的應用，對具有大規(guī)模抗磨制備的精細結構的生產(chǎn)方法有利。當前傳統(tǒng)的冶金制備使用的軸承大部分都是傳統(tǒng)機械軸承潤滑油脂，但是冶金制備實際工作環(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械軸承潤滑油脂的能源浪費，而且還易污染附近的環(huán)境。而金屬粉末抗磨復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。

當前金屬粉末的冶金抗磨復合材料應用，主要是粉末顆粒的復合化設計，在金屬粉末實現(xiàn)復合化的同時促進其功能化的發(fā)展。也就是通過其功能化和復合化的結合，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合材料。

金屬粉末的冶金抗磨復合材料的應用，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)整冶金抗磨復合材料下的結構參數(shù)，使其具有重要的現(xiàn)實意義[2]。因此，金屬粉末的冶金抗磨復合材料應用，提高了金屬粉末的經(jīng)濟價值；擴大了金屬粉末的應用范圍；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合材料設計

1.1 制備金屬粉末的方法

機械制備金屬粉末的冶金抗磨復合材料，主要是通過研磨和干式?jīng)_擊復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，在機械力的作用下，金屬的層狀結構被不斷細碎化，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，進而電解質(zhì)溶解金屬粉末，反應產(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、細小的金屬粉末包。采用化學鍍法制備金屬粉末復合材料，在一定程度上改善了金屬粉末的冶金抗磨復合材料的潤滑度，并且提高了金屬粉末復合材料的硬度[3]。

1.2 設置復合材料結構參數(shù)

金屬粉末在冶金抗磨復合材料中的應用，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等制備的。

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

設置金屬粉末冶金抗磨復合材料的參數(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合材料的參數(shù)進行設置，經(jīng)計算得到的參數(shù)公式為：

其中，ρs為金屬粉末冶金抗磨復合材料的試樣密度；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合材料應用過程中，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合材料的橫截面積；P1為金屬粉末氣體進口壓力；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合材料的體積變化，得到其非線性相關的增加。

1.3 實現(xiàn)金屬粉末冶金的復合材料應用

在制備冶金抗磨復合材料時，金屬粉末是在物理和化學兩者作用下沉積、制備的。

因此，金屬粉末在冶金抗磨復合材料中的應用，是通過深床過濾實現(xiàn)的。而金屬粉末在冶金抗磨復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合材料的制品屬性[5]。

金屬粉末的制備都是通過PCS進行的球形化或是復合化處理的，進而通過SEM照片觀察處理效果。隨著金屬粉末研磨時間的延長，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合材料，其延展性能較好，初步實現(xiàn)了金屬粉末的均勻混合。

2 實驗

2.1 實驗準備

將316L金屬粉末冶金抗磨復合材料、316L金屬粉末冶金潤滑油分別和CFRPEEK進行匹配，進而進行金屬粉末在冶金抗磨復合材料中的應用實驗，觀察其復合材料的磨損情況。根據(jù)對比金屬粉末的顆粒濃度0g/L、1g/L，以及2g/L；金屬粉末復合材料的孔隙率；冶金抗磨復合材料的表面形貌和磨損率，進一步設置金屬粉末在冶金抗磨復合材料應用中的參數(shù)，探究金屬粉末冶金抗磨復合材料對外部參數(shù)的敏感度。

試驗中使用的是MMU-10F端面冶金磨損試驗機，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合材料下的應用實驗，可以通過人為控制液壓動力參數(shù)的輸出壓力實現(xiàn)。試驗機的轉(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合材料下的應用過程中的轉(zhuǎn)速、溫度、外載荷等進行有效觀察。其中上試樣在電機的同步驅(qū)動下，保證一定的轉(zhuǎn)速，采用球鉸進行角度調(diào)整，來保證上試樣與下試樣的充分接觸。

2.2 實驗步驟及結果

金屬粉末在冶金抗磨復合材料下的應用實驗為了獲得較為精準的參數(shù)，實驗時間為120分鐘。為保證實驗結果具有一定有效性，將重復三次金屬粉末冶金制備實驗，最后獲得平均磨損率。在金屬粉末在冶金抗磨復合材料下的應用實驗開始和結束，都將上試樣和下試樣用無水乙醇清洗，常溫風下吹干。

表1 金屬粉末冶金復合材料性能參數(shù)

根據(jù)上述實驗屬性參數(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合材料的變化，使其冶金制品表面光滑、平整。

3 結語

基于金屬粉末的特性，構建冶金抗磨復合材料應用模型，對參數(shù)進行優(yōu)化重置，進而保證了冶金抗磨復合材料的應用效率。

傳統(tǒng)的冶金技術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合材料的應用解決了這一問題。金屬粉末在冶金抗磨復合材料的應用中，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。在以后的冶金技術的發(fā)展中，有巨大的市場空間。