D0I:10.13374/1.issnl00103.2008.07.033 第30卷第7期 北京科技大学学报 Vol.30 No.7 2008年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Ju.2008 316L不锈钢/YPSZ复合材料摩擦磨损特性 郭振文)张文泉) 刘雪峰)谢建新) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)北京工业大学材料科学与工程学院，北京100124 摘要在MR3型高速环块磨损试验机上研究了粉末冶金方法制备的316L不锈钢/YPSZ金属陶瓷复合材料在干摩擦 条件下的摩擦磨损性能，并与T10钢(HRC45)的耐磨性能进行了对比·考察了316L不锈钢体积分数(30%~50%)、颗粒尺 寸(10.8~51.64m)及对偶环转速(200~280rmin-)对材料耐磨性的影响.结果表明：随着316L不锈钢含量的增加和颗粒 尺寸的增大，或随着对偶环转速的提高·复合材料的耐磨性下降。在本文研究条件下，除个别情形外，所制备316L/YPSZ复 合材料的耐磨性能优于T10钢：当不锈钢体积分数为30%、颗粒尺寸为10.8m时，复合材料的耐磨性能达到T10钢的3.0~ 3.2倍.316L不锈钢/YPSZ复合材料的磨损机理主要为316L不锈钢颗粒剥落和YPS2基体层片剥落. 关键词金属陶瓷复合材料：316L不锈钢：YPSZ;粉末冶金：摩擦磨损性能：磨损机理 分类号TB333 Friction wear behaviors of 316L stainless steel/Y-PSZ composites GUO Zhenwen),ZHANG Wenquan,LIU Xuefeng).XIE Jianxin) 1)School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China 2)College of Materials Science and Engineering.Beijing University of Technology.Beijing 100124,China ABSTRACT The friction wear behaviors of 316L stainless steel/Y-PSZ (partially yttria"stabilized zirconia)metal-ceramics compos- ites fabricated by means of powder metallurgy were evaluated under dry"sliding condition on a high"speed block"on-ring contact wear test machine MRH-3.and were contrasted to those of T10 steel (HRC 45).The effects of the volume fraction (30%-50%)and particle size (10.8-51.6/m)of 316L and the rotary speed (200-280rmin)of the friction ring on the wear resistance of 316L/ Y-PSZ composites were investigated.The results show that the wear resistance of the composites decrease with the increase of 316L content and particle size,or with the increase of the rotary speed of the friction ring.The wear resistance of fabricated 316L/Y-PSZ composites is better than that of T10 steel under the experimental conditions in this work except for few cases.Furthermore,the wear resistance of the fabricated 316L/Y-PSZ composites with a 316L volume fraction of 30%and a 316L particle size 10.8m is 3.0-3.2times as large as that of T10 steel under the experimental conditions in this work.The abrasion mechanism of 316L/Y-PSZ composites is mainly composed of the desquamation of 316L particles and the delamination of Y-PSZ matrix. KEY WORDS metal ceramics composites:316L stainless steel:Y-PSZ:powder metallurgy:friction wear behaviors:abrasion mechanism 目前金属陶瓷复合材料的研究及应用主要集中 视可] 在金属基复合材料方面，而在陶瓷基复合材料方面 在常用金属材料中，316L不锈钢 的报道则较少，如镁基、铝基等轻金属基复合材料 (00Cr17Ni14Mo2)具有较高的强度、良好的塑韧性 具有比强度高的特点，主要应用于航空航天等高技 和耐蚀性[)，其热膨胀系数在20~300℃范围内约 术领域，针对高温、高速条件下工作的耐磨损结构 为17.5×10-5K-1,与氧化钇部分稳定氧化锆(3% 件，如高速线材轧机的辊环和导向轮，综合性能优 Y203Zr02,简记为YPSZ)的热膨胀系数相差较 良、价格低廉的钢铁基耐磨复合材料正逐渐受到重 小，且二者之间具有很好的化学相容性.将它们混 收稿日期：2007-03-12修回日期：2008-02-21 基金项目：国家自然科学基金资助项目(Na.59671025) 作者简介：郭振文(1982一）男，硕士研究生；谢建新(l958一)，男，教授，博士生导师，E-mail:jxxie(@mater,ustb-em-cn316L 不锈钢／Y－PSZ 复合材料摩擦磨损特性 郭振文1） 张文泉2） 刘雪峰1） 谢建新1） 1） 北京科技大学材料科学与工程学院‚北京100083 2） 北京工业大学材料科学与工程学院‚北京100124 摘 要 在 MRH－3型高速环块磨损试验机上研究了粉末冶金方法制备的316L 不锈钢／Y－PSZ 金属陶瓷复合材料在干摩擦 条件下的摩擦磨损性能‚并与 T10钢（HRC45）的耐磨性能进行了对比．考察了316L 不锈钢体积分数（30％～50％）、颗粒尺 寸（10∙8～51∙6μm）及对偶环转速（200～280r·min －1）对材料耐磨性的影响．结果表明：随着316L 不锈钢含量的增加和颗粒 尺寸的增大‚或随着对偶环转速的提高‚复合材料的耐磨性下降．在本文研究条件下‚除个别情形外‚所制备316L／Y－PSZ 复 合材料的耐磨性能优于 T10钢；当不锈钢体积分数为30％、颗粒尺寸为10∙8μm 时‚复合材料的耐磨性能达到 T10钢的3∙0～ 3∙2倍．316L 不锈钢／Y－PSZ 复合材料的磨损机理主要为316L 不锈钢颗粒剥落和 Y－PSZ 基体层片剥落． 关键词 金属陶瓷复合材料；316L 不锈钢；Y－PSZ；粉末冶金；摩擦磨损性能；磨损机理 分类号 TB333 Friction wear behaviors of316L stainless steel／Y-PSZ composites GUO Zhenwen 1）‚ZHA NG Wenquan 2）‚LIU Xuefeng 1）‚XIE Jianxin 1） 1） School of Materials Science and Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China 2） College of Materials Science and Engineering‚Beijing University of Technology‚Beijing100124‚China ABSTRACT T he friction wear behaviors of 316L stainless steel／Y-PSZ （partially yttria-stabilized zirconia） meta-l ceramics compos￾ites fabricated by means of powder metallurgy were evaluated under dry-sliding condition on a high-speed block-on-ring contact wear test machine MRH-3‚and were contrasted to those of T10steel （HRC 45）．T he effects of the volume fraction （30％－50％） and particle size （10∙8－51∙6μm） of316L and the rotary speed （200－280r·min －1） of the friction ring on the wear resistance of316L／ Y-PSZ composites were investigated．T he results show that the wear resistance of the composites decrease with the increase of 316L content and particle size‚or with the increase of the rotary speed of the friction ring．T he wear resistance of fabricated316L／Y-PSZ composites is better than that of T10steel under the experimental conditions in this work except for few cases．Furthermore‚the wear resistance of the fabricated316L／Y-PSZ composites with a316L volume fraction of 30％ and a316L particle size10∙8μm is 3∙0－3∙2times as large as that of T10steel under the experimental conditions in this work．T he abrasion mechanism of316L／Y-PSZ composites is mainly composed of the desquamation of 316L particles and the delamination of Y-PSZ matrix． KEY WORDS metal ceramics composites；316L stainless steel；Y-PSZ；powder metallurgy；friction wear behaviors；abrasion mechanism 收稿日期：2007-03-12 修回日期：2008-02-21 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．59671025） 作者简介：郭振文（1982－）‚男‚硕士研究生；谢建新（1958－）‚男‚教授‚博士生导师‚E-mail：jxxie＠mater．ustb．edu．cn 目前金属陶瓷复合材料的研究及应用主要集中 在金属基复合材料方面‚而在陶瓷基复合材料方面 的报道则较少．如镁基、铝基等轻金属基复合材料 具有比强度高的特点‚主要应用于航空航天等高技 术领域．针对高温、高速条件下工作的耐磨损结构 件‚如高速线材轧机的辊环和导向轮‚综合性能优 良、价格低廉的钢铁基耐磨复合材料正逐渐受到重 视［1－5］． 在 常 用 金 属 材 料 中‚316L 不 锈 钢 （00Cr17Ni14Mo2）具有较高的强度、良好的塑韧性 和耐蚀性［6］‚其热膨胀系数在20～300℃范围内约 为17∙5×10－6 K －1‚与氧化钇部分稳定氧化锆（3％ Y2O3－ZrO2‚简记为 Y－PSZ）的热膨胀系数相差较 小‚且二者之间具有很好的化学相容性．将它们混 第30卷 第7期 2008年 7月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．7 Jul．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．07．033