高耐磨AL2O3陶瓷材料的研制.doc

高耐磨AL2O3陶瓷材料的研制 现代机械设备的高速化、高压化、大型化和自动化，而且从高温到低温的使用温度范围越来越大，加之某此零部件长期在酸碱等腐蚀性极强的介质中工作，磨损失效是常风的主要形式，因此要求耐磨机械零件高性能是必要的，AL2O3陶瓷材料的化学键大都为离子键和共价健，健合牢固并有明显的方向性，与金属材料相比，它具有高强度、硬度、弹性模量，同时耐磨性、耐蚀性、耐热性比金融材料优越；随着增韧手段的不断进步，其韧性也有了大幅度的提高。 热压烧结可以制备几乎无气孔的致密的陶瓷材料，是目前广泛采用的烧结技术，然而该方法存在产品生产批量小、成本高、耗能大、设备及消耗材料耗损大，不适合大工业化生产；常压烧结不象热压或热等静压那样在加热的同时施加足够的压力使压坯致密化，而是压坯在大气压状态下绕结致密化，因此产品生产批量大、成本低、耗能小、设备及消耗材料耗损也较小，特别适合大工业化生产，并且可以大批量制取复杂结构的零件。本试验以AL2O3为基体、WC为添加剂，采用常压烧结方法制备AL2O3陶瓷材料，其性能指标如下： 1、1600℃烧结时，AL2O3－WC陶瓷具有较优良的机械性能，其抗弯强度为520Mpa；断裂韧性为6.2Mpa.m1/2； 2、AL2O3＋WC陶瓷材料各相结合致密，分布均匀且晶粒微细，其断裂形式为沿晶断裂。 3、第二相WC的加入细化了基体晶粒，该复合陶瓷材料的韧化机制主要为裂纹弯曲偏转韧化。 4、本试验条件下AL2O3－WC陶瓷的耐磨性与抗弯强度和断裂韧性的变化趋势比较一致，当应力增大和介质粗糙时，材料的耐磨性随之下降。 AL2O3陶瓷材料具有强度、高硬度、高耐磨性等诸多优点，广泛应用于宇航、机电、冶金、汽车工业、化工、船舶、生物工程等领域，就AL2O3陶瓷材料应用的广泛性而言，目前任何一种陶瓷材料都无法与之相比，这不仅是因为此类材料价格比较便宜且性能优良，更主要的是由于其研究开发的成熟程度所决定的。AL2O3陶瓷材料在耐磨机械零件上的应用量大面广，是传统金属零件的替代产品，不仅可以节约Cr、W、Ni、Mo等贵金属，还可以提高生产效率和经济效益。 从市场调查情况看，仅就东北地区而言，目前尚无陶瓷产品的专业生产厂家，而该地区是我国的重工业基地，对陶瓷耐磨机械零件（如各种耐磨轮、机械密封环、喷嘴以及铸造混砂机部件等）的需求量年平均逾千万元之多，研究高质量的陶瓷耐磨零件，探索其在磨擦磨损方面的应用，对提高劳动生产率，振兴该地区经济有重要意义。 铝合金表面陶瓷化技术 随着现代工业及科学技术的发展，一般用途的材料难以满足生产实践的要求，开发和有效利用高性能材料已引起材料工作者的重视，陶瓷材料有强度、耐高温、耐腐蚀、耐磨性强、质量轻成本低，资源丰富等优点，因而成为新材料的发展和研究的重点。 目前，在新材料领域中，陶瓷材料与金属材料，有机高分子材料的同等重要。同时，它的相互复合，取长补短，成为新技术革命和支柱材料。国内外许多材料工作者也在此方面作了大量工作。 金属及合金表面陶瓷化的研究其目的在于：在保证使用性能的前提下，用廉价的金属代替贵重的金属材料，并能使陶瓷材料难加工的问题得到克服，从而提高陶瓷材料的可成型性和可加工性，同时能赋予材料一些其它表面强化技术无法得到的特殊性能，拓宽了陶瓷材料的使用范围和应用领域。 铝合金表面陶瓷化可利用等离子体增强电化学表面处理技术。该技术是当前铝合金表面处理的一项新型先进技术。经此工艺参数可得到不同的膜层性能指标。 其理想工艺下所得到铝合金陶瓷膜层的性能如下： 1．膜层厚度：14.6～15.6m； 2．膜层基体合强度：120.0～140.0MpaHV900～1500.83%； 5．膜层的耐蚀性：　CASS试验不低于9级。 铝合金表面陶瓷化技术可应用于铝合金建筑材料，工业型材，建筑板材，活塞，电子工业用特种零部件的处理，其市场前景极为广阔。 由于该陶瓷化技术成本低、效率高，在相同条件下产品质量性能优于国内同类产品，因此可占有较大的市场份额。 该技术产业化，可降低材料成本，提高材料使用寿命，用廉价材料取代贵金属及合金提供了保证。该技术用于生产产品质量及外观装饰，效果优良，市场竞争力强，为国营大型企业振兴和发展提供机会。 工程陶瓷 工程陶瓷材料以高强度、高硬度、优良的耐磨性、耐蚀性、及磁、电、声、光特性等，广泛应用于航空航天、机械、能源、通讯、海洋工程等诸多领域。无论是在基础研究领域还是在产业化方面，工程陶瓷材料都体现出了良好的发展前景。 哈尔滨理工大学工程陶瓷课题组自1992年起，开展了陶瓷材料基础研究和工程应用研究，经过十余年的努力，取得了如下科研成果。 1．Al2O3复合陶瓷刀具 难加工材料如淬硬钢（HRC60-65），冷硬铸铁、Ni基高温合金等高效加工标志着机械加