一种蜂窝状陶瓷-金属复合材料磨损性能的检测装置及检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种蜂窝状陶瓷-金属复合材料磨损性能的检测装置及检测方法，属 于金属基复合材料领域。
【背景技术】
[0002] 蜂窝状陶瓷-金属复合材料作为一种新型耐磨复合材料，在现代工业生产应用中 表现出优异的性能，正在逐步替代传统的金属耐磨材料，如高铺钢，高铭铸铁等。而不同种 类蜂窝状陶瓷-金属复合材料及蜂窝状陶瓷-金属复合材料与传统耐磨材料之间磨损性能 差异对比和评价，相关研究很少，目前蜂窝状陶瓷-金属复合材料主要应用于复合材料磨 漉，磨盘，衬板等产品，而该些体积和重量较大的产品的使用寿命可W通过取小块磨损试样 进行=体磨损实验判断和对比。传统的=体磨料磨损检测方法检测效率低，通常只能同时 对一种载荷下两种或几种材料进行检测，并且没有设置磨料过滤装置，实际检测过程中，随 着磨料粒度变细，而且不同材料受磨料粒度变化的影响不一致，过滤过细磨料，使磨料保持 在合理范围，将有助于检测结果的准确性，并且当前没有相关针对蜂窝状陶瓷-金属复合 材料体积损失的计算方法，采用传统表面整层复合材料体积损失的计算方法不能准确反应 出蜂窝状陶瓷-金属复合材料磨损性能。
[0003] 目前陶瓷-金属复合材料多为表层整层复合，而蜂窝状陶瓷-金属复合材料由耐 磨复合区和初性金属支撑区组成，两者之间磨损性能的差异及相互辅助作用决定了采取传 统取样方法，不能客观评价不同种类、不同体积分数蜂窝状陶瓷-金属复合材料的耐磨性 能的真实差距。中国实用新型专利CN201320454249公开了一种陶瓷试样磨损性能检测装 置，装置由底座、支架、电机、砂轮、螺母、陶瓷试样、陶瓷试样固定套、螺钉、弹性压块、支杆、 杠杆、破码、细绳、时间控制器组成。电机安装在底座上，砂轮通过螺母固定在电机轴上，支 架和底座上组成刚性连接，陶瓷试样固定套安装在支架上，陶瓷试样装在陶瓷试样固定套 和砂轮之间，杠杆上破码产生的压力通过支杆和弹黃压片传递到陶瓷试样上，电机工作带 动砂轮旋转，使砂轮和陶瓷试样之间产生摩擦磨损，通过比较不同试样在相同规定时间内 单位面积的磨损量的大小来检测陶瓷试样磨损性能的优与劣。此装置有W下缺点，首先检 测效率低，工作时只能对单一试样进行一种载荷下的检测，其次，只适合于传统材料的检 巧。，不适合于蜂窝复合材料的检测；现有取得磨损试样磨损面仅由耐磨复合区及其包围的 单个金属柱组成，蜂窝状陶瓷-金属复合材料体积损失计算方法采用的是整层复合材料体 积损失的计算方法来处理的，即V=M/P，没有兼顾到两个区域磨损性能差别而引起各个区 域磨损量的不同，并且其试样结构中耐磨复合区外围缺少初性金属柱的支撑，而缺少了初 性支撑区的支撑作用，陶瓷颗粒间的少量连接金属无法完全支撑陶瓷金属复合区，在磨损 过程中，耐磨复合区可能会出现整块或局部剥落；缺少耐磨复合区的保护作用，初性支撑区 将会被磨料过量磨损。所W要保证所取磨损试样耐磨复合区两侧必须有金属柱支撑，而金 属柱两侧比必须有耐磨复合区保护。
[0004] 高效率量化对比不同种类、不同体积分数蜂窝状陶瓷-金属复合材料耐磨性能的 真实差距，有助于指导蜂窝状陶瓷-金属复合材料产品的研发和生产。
【发明内容】
[0005] 针对上述现有技术，为解决工作时只能对单一试样进行一种载荷下的检测问题、 避免磨料粒度对磨损试样耐磨性能对比结果影响、解决现有装置不能快速得出不同种类及 不同体积分数的陶瓷颗粒的蜂窝状陶瓷-金属复合材料的耐磨性能的优劣，解决传统磨损 试样结构不能反映出蜂窝状陶瓷-金属复合材料的耐磨性能的优势，本发明提供了一种蜂 窝状陶瓷-金属复合材料磨损性能的检测装置及检测方法。
[0006] 本发明的技术方案是：一种蜂窝状陶瓷-金属复合材料磨损性能的检测装置，包 括工作台1、电机支架2、可调速电机3、传送带4、转动主轴5、转轴支架6、破码台7、转环8、 试样转轴9、磨损轨10、挡环11、磨料筛网12、集料板13、夹具14、磨料漏斗15、磨料回收筒 16、初性金属柱17、耐磨复合区18、试样夹持台阶19、进料斜面20、硬度计电子输出仪21、定 量金相显微镜电子输出仪22、精密天平电子输出仪23、计算机24 ;其中工作台1与电机支 架2焊接在一起，电机支架2与可调速电机3通过螺栓连接在一起，可调速电机3通过传送 带4带动转动主轴5,转轴支架6与转动主轴5通过定位轴承装配在一起，破码台7设置在 试样转轴9的上端，试样转轴9通过滑动轴承装配于转环8上，磨损轨10通过定位销固定 在工作台1上，挡环11、筛网12通过螺栓固定于工作台1上，集料板13焊接于转动主轴5 上，夹具14通过紧固螺栓与试样夹持台阶19固定在一起，磨料漏斗15通过螺栓固定在工 作台1上且位于磨料筛网12的正下方，磨料回收筒16位于磨料漏斗15的正下方，初性金 属柱17由耐磨复合区18包围，进料斜面20倾斜设置在试样夹持台阶19侧面上，硬度计电 子输出仪21、定量显微镜电子输出仪22、精密天平电子输出仪23与计算机24连接。
[0007] 所述初性金属柱17和耐磨复合区18组成的磨损面为对称结构。
[000引所述初性金属柱17由耐磨复合区18包围结构分成两种；完全包围和部分包围； 其中完全包围的初性金属柱17为两个或者W上。
[0009] 一种蜂窝状陶瓷-金属复合材料磨损性能的检测方法，所述方法的具体步骤如 下： Stepl、用精密金相切割机从蜂窝状陶瓷-金属复合材料的耐磨复合区18和初性金属 柱17中分别取同样大小的正方体块，接着分别计算来自耐磨复合区18和初性金属柱17的 每个正方体块的体积，再用精密天平电子输出仪23分别测量来自耐磨复合区18和初性金 属柱17的每个正方体块的质量；根据质量除W体积分别得出耐磨复合区18的密度P。及 初性金属柱17的密度Pm; Step2、硬度计电子输出仪21向计算机24输入来自步骤Stepl中切出的耐磨复合区18 正方体块中的陶瓷颗粒硬度Hp及基体金属的硬度Hm;定量显微镜电子输出仪22向计算机 24输入来自步骤Stepl中切出的耐磨复合区18正方体块中的陶瓷颗粒体积分数Wp; Step3、从蜂窝状陶瓷-金属复合材料中取出3个磨损试样；其中磨损试样由被耐磨复 合区18及其完全包围的初性金属柱17和部分被包围的初性金属柱17组成； Step4、将步骤Step3磨损试样前端加工成40° -70°倾斜角的进料斜面20 ;steps、用定量显微镜电子输出仪22向计算机24输入耐磨复合区18占磨损试样的体 积分数w。； Step6、将其它种类的蜂窝状陶瓷-金属复合材料加工成与步骤Step3、Step4相同个 数、结构和尺寸的磨损试样； Step7、将步骤Step4、步骤steps加工的磨损试样用酒精在超声波清洗仪中清洗，清洗 后干燥直到称重结果不变，精密天平电子输出仪23将每个磨损试样的质量输入至计算机 24 ; steps、将步骤Step?中的两种或两种W上材料的3个磨损试样同时夹持在磨损性能的 检测装置中，每种材料分别同时选取20~100N间的不同载荷；其中磨损性能的检测装置中 转速为40~8化/min,磨料选用40-150目的石英砂、碳化娃、栋刚玉、黑刚玉、错刚玉中一种 或几种，每个磨程时间为0. 5~3h，进行至少5个磨程的称重，每次称量的质量将由精密天平 电子输出仪23输入至计算机24 ; St巧9、计算机24将步骤St巧l、St巧2、St巧5、StepS得出的P。、Pm、Hm、Hp、Wp、W。和每 次称量的质量进行处理后，绘制出每种蜂窝复合材料磨损试样不同载荷下体积损失量随磨 损时间变化图。
[0010] 本发明的工作原理是： 本发明兼顾耐磨复合区对初性金属柱的保护和初性金属柱对耐磨复合区的支撑作用 来设计蜂窝状陶瓷-金属复合材料的=体磨损试样，其结构要求为磨损试样耐磨复合区侧 面必须有金属柱支撑，而金属柱侧面比必须有