一種蜂窩狀陶瓷-金屬復合材料磨損性能的檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種蜂窩狀陶瓷-金屬復合材料磨損性能的檢測裝置，屬于金屬 基復合材料領域。
【背景技術】
[0002] 蜂窩狀陶瓷-金屬復合材料作為一種新型耐磨復合材料，在現(xiàn)代工業(yè)生產應用中 表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，正在逐步替代傳統(tǒng)的金屬耐磨材料，如高錳鋼，高鉻鑄鐵等。而不同種 類蜂窩狀陶瓷-金屬復合材料及蜂窩狀陶瓷-金屬復合材料與傳統(tǒng)耐磨材料之間磨損性能 差異對比和評價，相關研究很少，目前蜂窩狀陶瓷-金屬復合材料主要應用于復合材料磨 輥，磨盤，襯板等產品，而這些體積和重量較大的產品的使用壽命可以通過取小塊磨損試樣 進行三體磨損實驗判斷和對比。傳統(tǒng)的三體磨料磨損檢測方法檢測效率低，通常只能同時 對一種載荷下兩種或幾種材料進行檢測，并且沒有設置磨料過濾裝置，實際檢測過程中，隨 著磨料粒度變細，而且不同材料受磨料粒度變化的影響不一致，過濾過細磨料，使磨料保持 在合理范圍，將有助于檢測結果的準確性，并且當前沒有相關針對蜂窩狀陶瓷-金屬復合 材料體積損失的計算方法，采用傳統(tǒng)表面整層復合材料體積損失的計算方法不能準確反應 出蜂窩狀陶瓷-金屬復合材料磨損性能。
[0003] 目前陶瓷-金屬復合材料多為表層整層復合，而蜂窩狀陶瓷-金屬復合材料由耐 磨復合區(qū)和韌性金屬支撐區(qū)組成，兩者之間磨損性能的差異及相互輔助作用決定了采取傳 統(tǒng)取樣方法，不能客觀評價不同種類、不同體積分數(shù)蜂窩狀陶瓷-金屬復合材料的耐磨性 能的真實差距。中國實用新型專利CN201320454249公開了一種陶瓷試樣磨損性能檢測裝 置，裝置由底座、支架、電機、砂輪、螺母、陶瓷試樣、陶瓷試樣固定套、螺釘、彈性壓塊、支桿、 杠桿、砝碼、細繩、時間控制器組成。電機安裝在底座上，砂輪通過螺母固定在電機軸上，支 架和底座上組成剛性連接，陶瓷試樣固定套安裝在支架上，陶瓷試樣裝在陶瓷試樣固定套 和砂輪之間，杠桿上砝碼產生的壓力通過支桿和彈簧壓片傳遞到陶瓷試樣上，電機工作帶 動砂輪旋轉，使砂輪和陶瓷試樣之間產生摩擦磨損，通過比較不同試樣在相同規(guī)定時間內 單位面積的磨損量的大小來檢測陶瓷試樣磨損性能的優(yōu)與劣。此裝置有以下缺點，首先檢 測效率低，工作時只能對單一試樣進行一種載荷下的檢測，其次，只適合于傳統(tǒng)材料的檢 測，不適合于蜂窩復合材料的檢測；現(xiàn)有取得磨損試樣磨損面僅由耐磨復合區(qū)及其包圍的 單個金屬柱組成，蜂窩狀陶瓷-金屬復合材料體積損失計算方法采用的是整層復合材料體 積損失的計算方法來處理的，即V=M/p，沒有兼顧到兩個區(qū)域磨損性能差別而引起各個區(qū) 域磨損量的不同，并且其試樣結構中耐磨復合區(qū)外圍缺少韌性金屬柱的支撐，而缺少了韌 性支撐區(qū)的支撐作用，陶瓷顆粒間的少量連接金屬無法完全支撐陶瓷金屬復合區(qū)，在磨損 過程中，耐磨復合區(qū)可能會出現(xiàn)整塊或局部剝落；缺少耐磨復合區(qū)的保護作用，韌性支撐區(qū) 將會被磨料過量磨損。所以要保證所取磨損試樣耐磨復合區(qū)兩側必須有金屬柱支撐，而金 屬柱兩側比必須有耐磨復合區(qū)保護。
[0004] 高效率量化對比不同種類、不同體積分數(shù)蜂窩狀陶瓷-金屬復合材料耐磨性能的 真實差距，有助于指導蜂窩狀陶瓷-金屬復合材料產品的研發(fā)和生產。

【發(fā)明內容】

[0005] 針對上述現(xiàn)有技術，為解決工作時只能對單一試樣進行一種載荷下的檢測問題、 避免磨料粒度對磨損試樣耐磨性能對比結果影響、解決現(xiàn)有裝置不能快速得出不同種類及 不同體積分數(shù)的陶瓷顆粒的蜂窩狀陶瓷-金屬復合材料的耐磨性能的優(yōu)劣，解決傳統(tǒng)磨損 試樣結構不能反映出蜂窩狀陶瓷-金屬復合材料的耐磨性能的優(yōu)勢，本實用新型提供了一 種蜂窩狀陶瓷-金屬復合材料磨損性能的檢測裝置。
[0006] 本實用新型的技術方案是：一種蜂窩狀陶瓷-金屬復合材料磨損性能的檢測裝 置，包括工作臺1、電機支架2、可調速電機3、傳送帶4、轉動主軸5、轉軸支架6、砝碼臺7、轉 環(huán)8、試樣轉軸9、磨損軌10、擋環(huán)11、磨料篩網12、集料板13、夾具14、磨料漏斗15、磨料回 收筒16、韌性金屬柱17、耐磨復合區(qū)18、試樣夾持臺階19、進料斜面20、硬度計電子輸出儀 21、定量金相顯微鏡電子輸出儀22、精密天平電子輸出儀23、計算機24 ;其中工作臺1與電 機支架2焊接在一起，電機支架2與可調速電機3通過螺栓連接在一起，可調速電機3通過 傳送帶4帶動轉動主軸5,轉軸支架6與轉動主軸5通過定位軸承裝配在一起，砝碼臺7設 置在試樣轉軸9的上端，試樣轉軸9通過滑動軸承裝配于轉環(huán)8上，磨損軌10通過定位銷 固定在工作臺1上，擋環(huán)11、篩網12通過螺栓固定于工作臺1上，集料板13焊接于轉動主 軸5上，夾具14通過緊固螺栓與試樣夾持臺階19固定在一起，磨料漏斗15通過螺栓固定 在工作臺1上且位于磨料篩網12的正下方，磨料回收筒16位于磨料漏斗15的正下方，韌 性金屬柱17由耐磨復合區(qū)18包圍，進料斜面20傾斜設置在試樣夾持臺階19側面上，硬度 計電子輸出儀21、定量顯微鏡電子輸出儀22、精密天平電子輸出儀23與計算機24連接。
[0007] 所述韌性金屬柱17和耐磨復合區(qū)18組成的磨損面為對稱結構。
[0008] 所述韌性金屬柱17由耐磨復合區(qū)18包圍結構分成兩種：完全包圍和部分包圍； 其中完全包圍的韌性金屬柱17為兩個或者以上。
[0009] 本實用新型的工作原理是：
[0010] 本實用新型兼顧耐磨復合區(qū)對韌性金屬柱的保護和韌性金屬柱對耐磨復合區(qū)的 支撐作用來設計蜂窩狀陶瓷-金屬復合材料的三體磨損試樣，其結構要求為磨損試樣耐磨 復合區(qū)側面必須有金屬柱支撐，而金屬柱側面比必須有耐磨復合區(qū)保護。而且至少取兩個 完整金屬柱，平均體現(xiàn)耐磨復合區(qū)對韌性金屬柱的保護作用。磨損試樣結構和磨損面結構 必須是對稱的，耐磨復合區(qū)包圍的不完整金屬柱均勻分布于磨損試樣外側，起到支撐金屬 柱之間耐磨復合區(qū)的作用。
[0011] 通過硬度計電子輸出儀21、定量顯微鏡電子輸出儀22、精密天平電子輸出儀23輸 入的數(shù)據，計算機24自動輸出每種載荷平均體積損失量隨磨損時間變化圖，數(shù)據處理結果 更為準確。在相同磨料，相同轉速，相同載荷條件下，硬度是決定材料磨損量的關鍵因素，陶 瓷顆粒硬度Hp、復合區(qū)占磨損試樣體積分數(shù)W。、陶瓷顆粒占復合區(qū)的體積分數(shù)Wp及金屬基 體平均密度P "、金屬基體硬度Hni、復合材料復合區(qū)平均密度P。、復合區(qū)平均硬度H。、磨損試 樣失重量MA=HpXWJHniX (I-Wp)，根據耐磨復合區(qū)和韌性金屬柱硬度差比單獨求出各自體 積損失如下：
[0012] 耐磨復合區(qū)體積損失為 Vc lciss=MXWcX (I-(Hc-Hni)AU ;
[0013] 韌性金屬柱體積損失為 Vni lciss=MX (I-Wc) X (1+ (Hc-Hni) /Hni);
[0014] 由以上兩式得磨損試樣總的體積損失為：
[0015] Vloss={MXffcX (l-(Hc-Hn)/Hn)}/pc+{MX (I-Wc) X (1+(Hc-Hn)/Hn)}/ P n
[0016] 由計算機處理數(shù)據后，自動繪制出每種蜂窩復合材料磨損試樣不同載荷下體積損 失量隨磨損時間變化圖，量化對比不同種類、不同體積分數(shù)蜂窩狀陶瓷-金屬復合材料之 間的耐磨性能的真實差距，指導蜂窩狀陶瓷-金屬耐磨復合材料的研發(fā)。
[0017] 具體檢測步驟如下：
[0018] StepU用精密金相切割機從蜂窩狀陶瓷-金屬復合材料的耐磨復合區(qū)18和韌性 金屬柱17中分別取同樣大小的正方體塊，接著分別計算來自耐磨復合區(qū)18和韌性金屬柱 17的每個正方體塊的體積，再用精密天平電子輸出儀23分別測量來自耐磨復合區(qū)18和韌 性金屬柱17的每個正方體塊的質量；根據質量除以體積分別得出耐磨復合區(qū)18的密度P。 及韌性金屬柱17的密度P
[0019] Step2、硬度計電子輸出儀21向計算機24輸入來自步驟Stepl中切出的耐磨復合 區(qū)18正方體塊中的陶瓷顆粒硬度Hp及基體金屬的硬度Hni;定量顯微鏡電子輸出儀22向計 算機24輸入來自步驟Stepl中切出的耐磨復合區(qū)18正方體塊中的陶瓷顆粒體積分數(shù)Wp;
[0020] Step3、從蜂窩狀陶瓷-金屬復合材料中取出3個磨損試樣；其中磨損試樣由被耐 磨復合區(qū)18及其完全包圍的韌性金屬柱17和部分被包圍的韌性金屬柱17組成；
[0021] Step4、將步驟Step3磨損試樣前端加工成40° ~70°傾斜角的進料斜面20 ;
[0022] Step5、用定量顯微鏡電子輸出儀22向計算機24輸入耐磨復合區(qū)18占磨損試樣 的體積分數(shù)W。；
[0023] Step6、將其它種類的蜂窩狀陶瓷-金屬復合材料加工成與步驟Step3、Step4相同 個數(shù)、結構和尺寸的磨損試樣；
[0024] Step7、將步驟Step4、步驟Step6加工的磨損試樣用酒精在超聲波清洗儀中清洗， 清洗后干燥直到稱重結果不變，精密天平電子輸出儀23將每個磨損試樣的質量輸入至計 算機24 ;
[0025] Step8、將步驟St印7中的兩種或兩種以上材料的3個磨損試樣同時夾持在磨損性 能的檢測裝置中，每種材料分別同時選取20~100N間的不同載荷；其中磨損性能的檢測裝 置中轉速為40~80r/min，磨料選用40-150目的石英砂、碳化硅、棕剛玉、黑剛玉、鋯剛玉中 一種或幾種，每個磨程時間為〇. 5~3h，進行至少5個磨程的稱重，每次稱量的質量將由精密 天平電子輸出儀23輸入至計算機24 ;
[0026] Step9、計算機 24 將步驟 Stepl、Step2、Step5、Step8 得出的 P c、P m、Hm、Hp、Wp、Wc和每次稱量的質量進行處理后，繪制出每種蜂窩復合材料磨損試樣不同載荷下體積損失量 隨磨損時間變化圖。
[0027] 本實用新型的有益效果是：
[0028] 1、本實用新型極大提高了檢測效率，傳統(tǒng)的三體磨料磨損檢測方法檢測效率低， 通常只能同時對一種載荷下兩種材料進行檢測，本實用新型裝有多個能在多組不同載荷下 同時工作的夾