耐磨材料的种类及发展历程

耐磨材料的种类及发展历程
一、耐磨材料的种类
耐磨材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业具有十分重要的作用。

1、耐磨材料按使用性能分：
分为微电子材料、光电子材料、传感器材料、信息材料、生物医用材料、生态环境材料、能源材料和机敏（智能）材料。

由于我们已把电子信息材料单独作为一类新材料领域，所以这里所指的新型耐磨材料是除电子信息材料以外的主要耐磨材料。

2、耐磨材料按材料类别可分为：
1)金属耐磨材料，如磨球、衬板、衬里、衬片、轧辊、磨辊、等。

2)非金属耐磨材料，如耐磨橡胶、橡胶衬板、聚氨酯、耐唐陶瓷、铸石管、铸石复合管、铸石板和铸石料、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷、氧化锆陶瓷、微晶玻璃、耐磨胶泥（龟甲网）、金属磨损自修复材料、抗磨剂、抗磨损润滑剂、抗磨损液压油、抗磨损漆、极压抗磨剂、耐磨强化剂、耐磨修补剂等。

3)复合耐磨材料，如TiC、WC、Al2O3等陶瓷颗粒强化表面复合材料以及硬质合金等。

目前耐磨材料主要有以下几大类：耐磨球、耐磨钢板、耐磨焊条、耐磨陶瓷、耐磨地坪、耐磨橡胶、耐磨管道、耐磨轴承、耐磨焊材、耐磨铸件、铸石、高分子等其它耐磨材料。

下面就具体介绍其中的一种—耐磨铸件。

二、耐磨铸件的硬度要求
耐磨铸件包括铸铁和铸钢，铸铁包括高铬铸铁，白口铸铁，抗磨白口铸铁，镍硬铸铁等；铸钢按合金成分分为低，中，高合金铸钢，按碳含量分为低，中，高碳钢等。

耐磨铸件的硬度是影响其耐磨性的重要因素。

一般而言，希望耐磨铸件的硬度高于磨料硬度的0.8倍以上，以获得较好的耐磨性。

需特别说明的是，此硬度是指耐磨铸件工作面磨损后的硬度，而非磨损前的初始硬度。

当金属的最高硬度Hu超过0. 8Ha。

（Ha为磨料的硬度）时，金属表面开始变得有可能使磨料尖角变钝，因而材料对磨料的磨损变成“软”磨料磨损，其相对耐磨性b就开始超过材料在硬磨料上测定的数值p，如图1.1所示。

试验参数,诸如磨料性质、颗粒粗细、试样尺寸、载荷大小等对口值几乎没有影响，而在软磨料上测定的6值则决定于相对硬度日。

/H。

，并且对颗粒的粗细，特别是颗粒的破碎特别敏感，颗粒很细小时，6值可能变得很大；而颗粒很粗大时，颗粒在试验中易发生破碎，则耐磨性随相对硬度日。

／日。

的增大而升高的速度就要慢些。

但是耐磨铸件的硬度并非越高越好，某些工况下，过高的硬度易致显微裂纹的萌生。

对显微切削机制的磨料磨损而言，提高耐磨铸件的硬度有利于耐磨性的提高。

对疲劳剥落机制的磨料磨损而言，耐磨铸件较高的硬度与良好的塑性和韧性配合，特别是与好的断裂韧度、低的裂纹扩展速率以及高的冲击疲劳抗力相配
合，有利于耐磨性的提高。

三、耐磨铸件的磨损
磨损是一个物体由于机械的原因，与另一固体的、液体的或气体的配对件发生接触和相对运动，引起物体表面层的物理、化学、力学性能的变化，并因此出现几何形状、尺寸及物体质量的变化而造成表面材料不断损失的过程。

耐磨铸件其中的机械零部件磨损失效一般要经历磨合磨损、稳定磨损和剧烈磨损三个阶段。

其中磨合磨损是摩擦开始时，由于接触点数少而多数接触点的面积又较大，接触点粘着严重，因此磨损率较大。

但随着磨合的进行，表面微峰峰顶逐渐被磨去，表面粗糙度值降低，实际接触面积增大，接触点数增多，磨损率降低，为进入稳定磨损阶段创造了条件。

在稳定磨损阶段，磨损速度基本上是恒定的。

稳定磨损阶段是零部件工作的主要阶段，这个阶段时间的长短，可作为评定材料耐磨性优劣的主要指标。

经过长时间的稳定磨损后，由于摩擦副对偶表面间的间隙和表面形貌的改变以及表层的疲劳，其磨损率急剧增大，进入剧烈磨损阶段，使机械效率下降，精度丧失，产生异常振动和噪声，摩擦副温度迅速升高，最终导致摩擦副完全失效。

根据耐磨铸件的工作条件、摩擦表面运动速度、所加的压力及其产生的塑性变形、介质的性质和摩擦表面破坏的特征，将磨损分为五种类型：粘着磨损，磨料磨损，疲劳磨损，腐蚀磨损，微动磨损。

四、国内外耐磨材料的发展历程
1、国外耐磨材料的发展历程：
国外耐磨材料的研究和应用大多是在20世纪60年代以前完成的。

像球磨机磨球、衬板这样一些消耗量极大的易损件，目前已经由一些跨国公司采用较为成熟的工艺和材料进行集中批量生产，他们把较多的精力放在制造工艺和设备的完善和标准化方面，采用了比较先进和现代化的生产设备和质量控制手段，产量大，生产效率高，质量比较稳定，制造成本也大大降低。

例如，在球磨机磨球的生产中，过去主要由最大生产企业美国的GST钢球公司生产，年产锻钢球约60万t。

几年前，GST公司由于主公司经营不良而倒闭后，锻钢球的生产被智利的Molycop-Chile和美国的Smoogon’s Steel Grinding System of America两家公司收购和经营。

产品仍为锻钢球，主要用于铜矿等大型矿山企业。

国际上另外一些知名的耐磨材料产品生产企业，如比利时的马科托公司( Magotteaux Group)和美国的爱思科(ESCO)铸钢集团公司等，其耐磨备件产品也销往世界各地，占领了国际一些大型水泥和采矿工业的主要币场，前者年产35万t铬合金耐磨铸铁件，后者耐磨铸钢件的年产量也超过10万t。

2、国内耐磨材料的发展历程
目前，我国耐磨材料的生产已逐渐向量大、面宽和规模化方向发展，并已作为一个专门服务于矿山、建材和发电的原材料供应行业而独立存在。

其生产工艺、设备条件以及质量控制方面也都有了很大的改善，从而大大降低了易损件的消耗指标（磨耗）和成本。

由于磨损问题常常仅发生在零件的表面和局部，因此，只要工艺上可行，采用表面局部强化或者复合材料的方法是最为经济和有效的。

这些年来，表面工程在抗磨技术方面的应用也有了很大进展。

例如，表面激光处理、
化学热处理、热喷涂和堆焊、真空熔敷、刷镀、化学和物理气相沉积PVD、CVD 以及镶嵌、复合和自修复技术等都已经在许多领域获得成功应用。

这些新型抗磨技术在工业领域中的扩大应用，也意味着该行业的科学水准的提高和进一步成熟与完善。

资料来源：《耐磨材料500问》符寒光。