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第7期 郭振文等：316L不锈钢/YPSZ复合材料摩擦磨损特性 .741. 合制成的复合材料具有成本低、性能优良、用途广泛 摩擦环材料为GCr15钢，热处理工艺为850℃X1h 等特点[，研究发现，当YPSZ的体积分数接近 油淬，150℃回火2.5h,硬度为HRC62.块试样由 或高于316L不锈钢的体积分数时，可以获得一种 所制备的316L不锈钢/YPSZ复合材料机加工而 高性能的耐磨材料0山，该材料具有强度高、塑韧 成，其硬度和压缩强度分别如图2和图3所示，尺寸 性较好、高耐磨、高耐蚀等特点 为19.05mm×12.32mm×12.32mm,所用对比块 本文通过粉末冶金方法制备了316L不锈钢/ 试样材料为T10钢，硬度为HRC45(为了与对磨的 YPSZ复合材料，重点研究了316L不锈钢含量、颗 GCrl5钢摩擦环有差别) 粒尺寸及工作条件（对偶环转速）对复合材料耐磨性 60 能的影响，并探讨了其磨损机理 55 d316u=10.8μm 1实验部分 50 7 星 d1L-l5.9μm 1.1实验材料 d6=35.7μm 分别选用一种水雾化和三种氮气雾化的316L 不锈钢粉末，水雾化的316L不锈钢粉末颗粒为不 35 规则棒状或球形，平均粒径为10.8m;氨气雾化的 304 d6L=51.6μm 316L不锈钢粉末颗粒为球形，平均粒径分别为 25 30 40 50 15.9,35.7和51.6m.氧化钇部分稳定氧化锆粉 316L不锈钢体积分数% 末(3%Y203Zx02,简记为YPSZ)为不规则形颗 图2复合材料硬度随316L不锈钢体积分数及颗粒尺寸的变化 粒，平均粒径1.16m·上述粉末粒度分布测试均采 Fig.2 Curves of the hardness of the composites with the volume 用LMS30激光衍射散射式粒度分布测定仪，分散 fraction and particle size of 316L 剂为无水乙醇.用正态函数表示粒度分布时，正态 分布50%表示粒径大小，粒度分布情况如图1所 850 示.本文采用冷压成形、真空烧结工艺制备316L不 800f -+-d=159um 0-416a-35.7μm 锈钢/YPSZ复合材料10].所制备复合材料的 750 -d14=51.6山m 316L体积分数分别为30%，40%和50%. 700 650F 25 10.8μm 15.9μm 600 20 5soL 500 10 30 40 50 316L不锈钢体积分数/% 图3复合材料压缩强度随316L不锈钢体积分数及颗粒尺寸 35.7m 51.6μm 0 的变化 15 Fig.3 Curves of the compressive strength of the composites with 10 the volume fraction and particle size of 316L 摩擦磨损实验前后，磨擦块试样均在无水乙醇 10 1001 10 100 粒径μm 中清洗表面，清洗完成后放入烘干箱内在60℃下烘 干30min,在烘箱内冷却至室温后，放入干燥器中， 图1四种不同平均粒径的316L不锈钢粉末粒度分布图 Fig.1 Particle size distribution of 316L powders with four different 2h后立即采用10-4g精度的TG328A型电光分 average particle diameters 析天平称量，磨损实验前后块样品质量差即为质量 磨损量；实验力（正压力）为98N,磨擦环转速为 1.2摩擦磨损实验 200,240,280rmin-1,磨损实验周期为6000r,采 摩擦磨损实验在MR3型高速环块磨损试验 用Cambridge S250MK3型扫描电子显微镜观察分 机上进行.，实验条件为干摩擦，环境温度为18~ 析磨损表面形貌， 22℃；摩擦副为环块副，摩擦副的接触形式为线接 由于本文烧结复合材料存在一定孔隙山.所 触，块试样固定，环偶件旋转（外径为49.22mm): 组成相316L和PSZ的密度相差较大，在磨损实验合制成的复合材料具有成本低、性能优良、用途广泛 等特点［7－9］．研究发现当 Y－PSZ 的体积分数接近 或高于316L 不锈钢的体积分数时可以获得一种 高性能的耐磨材料［10－11］该材料具有强度高、塑韧 性较好、高耐磨、高耐蚀等特点． 本文通过粉末冶金方法制备了316L 不锈钢／ Y－PSZ复合材料重点研究了316L 不锈钢含量、颗 粒尺寸及工作条件（对偶环转速）对复合材料耐磨性 能的影响并探讨了其磨损机理． 1 实验部分 1∙1 实验材料 分别选用一种水雾化和三种氮气雾化的316L 不锈钢粉末水雾化的316L 不锈钢粉末颗粒为不 规则棒状或球形平均粒径为10∙8μm；氮气雾化的 316L 不锈钢粉末颗粒为球形平均粒径分别为 15∙935∙7和51∙6μm．氧化钇部分稳定氧化锆粉 末（3％ Y2O3－ZrO2简记为 Y－PSZ）为不规则形颗 粒平均粒径1∙16μm．上述粉末粒度分布测试均采 用 LMS－30激光衍射散射式粒度分布测定仪分散 剂为无水乙醇．用正态函数表示粒度分布时正态 分布50％表示粒径大小粒度分布情况如图1所 示．本文采用冷压成形、真空烧结工艺制备316L 不 锈钢／Y－PSZ 复合材料［10－11］．所制备复合材料的 316L 体积分数分别为30％40％和50％． 图1 四种不同平均粒径的316L 不锈钢粉末粒度分布图 Fig．1 Particle size distribution of316L powders with four different average particle diameters 1∙2 摩擦磨损实验 摩擦磨损实验在 MRH－3型高速环块磨损试验 机上进行．实验条件为干摩擦环境温度为18～ 22℃；摩擦副为环块副摩擦副的接触形式为线接 触块试样固定环偶件旋转（外径为●49∙22mm）； 摩擦环材料为 GCr15钢热处理工艺为850℃×1h 油淬150℃回火2∙5h硬度为 HRC 62．块试样由 所制备的316L 不锈钢／Y－PSZ 复合材料机加工而 成其硬度和压缩强度分别如图2和图3所示尺寸 为19∙05mm×12∙32mm×12∙32mm．所用对比块 试样材料为 T10钢硬度为 HRC45（为了与对磨的 GCr15钢摩擦环有差别）． 图2 复合材料硬度随316L 不锈钢体积分数及颗粒尺寸的变化 Fig．2 Curves of the hardness of the composites with the volume fraction and particle size of 316L 图3 复合材料压缩强度σbc随316L 不锈钢体积分数及颗粒尺寸 的变化 Fig．3 Curves of the compressive strength of the composites with the volume fraction and particle size of 316L 摩擦磨损实验前后磨擦块试样均在无水乙醇 中清洗表面清洗完成后放入烘干箱内在60℃下烘 干30min在烘箱内冷却至室温后放入干燥器中 2h 后立即采用10－4 g 精度的 TG－328A 型电光分 析天平称量磨损实验前后块样品质量差即为质量 磨损量；实验力（正压力）为98N磨擦环转速为 200240280r·min －1磨损实验周期为6000r．采 用 Cambridge S250MK3型扫描电子显微镜观察分 析磨损表面形貌． 由于本文烧结复合材料存在一定孔隙［11］．所 组成相316L 和 PSZ 的密度相差较大．在磨损实验 第7期 郭振文等：316L 不锈钢／Y－PSZ 复合材料摩擦磨损特性 ·741·