CN104880374B - 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 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蜂窝状陶瓷‑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。本发明包括工作台、电机支架、可调速电机、传送带、转动主轴、转轴支架、砝码台、转环、试样转轴、磨损轨、挡环、磨料筛网、集料板、夹具、磨料漏斗、磨料回收筒、韧性金属柱、耐磨复合区、试样夹持台阶、进料斜面、硬度计电子输出仪、定量金相显微镜电子输出仪、精密天平电子输出仪、计算机。本发明使多个磨损试样在不同载荷下同样磨损环境条件下进行检测；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；可靠地反应出蜂窝状陶瓷‑金属复合材料磨损过程中的其结构所特有的耐磨优势。

Description

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

本发明涉及一种蜂窝状陶瓷-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

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，如高锰钢，高铬铸铁等。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辊，磨盘，衬板等产品，而这些体积和重量较大的产品的使用寿命可以通过取小块磨损试样进行三体磨损实验判断和对比。传统的三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。

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韧性金属支撑区组成，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、砝码、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，杠杆上砝码产生的压力通过支杆和弹簧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。此装置有以下缺点，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测，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/ρ，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韧性金属柱的支撑，而缺少了韧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，韧性支撑区将会被磨料过量磨损。所以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。

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

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。

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、砝码台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、韧性金属柱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，砝码台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，韧性金属柱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。

所述韧性金属柱17和耐磨复合区18组成的磨损面为对称结构。

所述韧性金属柱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；其中完全包围的韧性金属柱17为两个或者以上。

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：

Step1、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和韧性金属柱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和韧性金属柱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和韧性金属柱17的每个正方体块的质量；根据质量除以体积分别得出耐磨复合区18的密度ρ_c及韧性金属柱17的密度ρ_m；

Step2、硬度计电子输出仪21向计算机24输入来自步骤Step1中切出的耐磨复合区18正方体块中的陶瓷颗粒硬度H_p及基体金属的硬度H_m；定量显微镜电子输出仪22向计算机24输入来自步骤Step1中切出的耐磨复合区18正方体块中的陶瓷颗粒体积分数W_p；

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及其完全包围的韧性金属柱17和部分被包围的韧性金属柱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；

Step5、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_c；

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Step6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；

Step8、将步骤Step7中的两种或两种以上材料的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40~80r/min，磨料选用40-150目的石英砂、碳化硅、棕刚玉、黑刚玉、锆刚玉中一种或几种，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；

Step9、计算机24将步骤Step1、Step2、Step5、Step8得出的ρ_c、ρ_m、H_m、H_p、W_p、W_c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。

本发明的工作原理是：

本发明兼顾耐磨复合区对韧性金属柱的保护和韧性金属柱对耐磨复合区的支撑作用来设计蜂窝状陶瓷-金属复合材料的三体磨损试样，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耐磨复合区保护。而且至少取两个完整金属柱，平均体现耐磨复合区对韧性金属柱的保护作用。磨损试样结构和磨损面结构必须是对称的，耐磨复合区包围的不完整金属柱均匀分布于磨损试样外侧，起到支撑金属柱之间耐磨复合区的作用。

通过硬度计电子输出仪21、定量显微镜电子输出仪22、精密天平电子输出仪23输入的数据，计算机24自动输出每种载荷平均体积损失量随磨损时间变化图，数据处理结果更为准确。在相同磨料，相同转速，相同载荷条件下，硬度是决定材料磨损量的关键因素，陶瓷颗粒硬度H_p、复合区占磨损试样体积分数W_c、陶瓷颗粒占复合区的体积分数W_p及金属基体平均密度ρ_m、金属基体硬度H_m、复合材料复合区平均密度ρ_c、复合区平均硬度H_c、磨损试样失重量M，H_c=H_p×W_p+H_m×(1-W_p)，根据耐磨复合区和韧性金属柱硬度差比单独求出各自体积损失如下：

耐磨复合区体积损失为V_c-loss={M×W_c×(1-(H_c-H_m)/H_m)}/ρ_c

韧性金属柱体积损失为V_m-loss={M×(1-W_c)×(1+(H_c-H_m)/H_m)}/ρ_m;

由以上两式得磨损试样总的体积损失为：

V_loss={M×W_c×(1-(H_c-H_m)/H_m)}/ρ_c+{M×(1-W_c)×(1+(H_c-H_m)/H_m)}/ρ_m

由计算机处理数据后，自动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，量化对比不同种类、不同体积分数蜂窝状陶瓷-金属复合材料之间的耐磨性能的真实差距，指导蜂窝状陶瓷-金属耐磨复合材料的研发。

本发明的有益效果是：

1、本发明极大提高了检测效率，传统的三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材料进行检测，本发明装有多个能在多组不同载荷下同时工作的夹具，通过对多个砝码盘加载不同载荷的砝码，使多个磨损试样在不同载荷下同样磨损环境条件下进行检测；

2、其次本发明设有磨料过滤装置（磨料筛网），传统检测装置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，不同材料受磨料粒度变化的影响不一致，为保证磨损试样只受载荷和磨损时间变化的影响，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；

3、本发明磨损试样结构兼顾耐磨复合区和韧性金属柱相互辅助作用，可靠地反应出蜂窝状陶瓷-金属复合材料磨损过程中的其结构所特有的耐磨优势；

4、本发明通过计算机自动处理数据，得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，量化对比了不同蜂窝状陶瓷-金属复合材料耐磨性能的差别。对蜂窝状陶瓷-金属复合材料的研发和生产具有指导作用。

附图说明

图1是本发明所用蜂窝状陶瓷-金属复合材料磨损性能检测装置示意图；

图2是本发明所用蜂窝状陶瓷-金属复合材料磨损试样俯视结构示意图；

图3是本发明所用蜂窝状陶瓷-金属复合材料磨损试样仰视结构示意图；

图4是本发明所用计算机自动化数据处理装置示意图；

图5是本发明实施例所用锆刚玉蜂窝状陶瓷-金属复合材料实物图；

图6是本发明实施例所用锆刚玉蜂窝状陶瓷-金属复合材料磨损面图；

图7是本发明实施实例6三体磨损性能结果对比图；

图8是本发明实施实例7三体磨损性能结果对比图；

图9是本发明实施实例8三体磨损性能结果对比图；

图中各标号：1-工作台、2-电机支架、3-可调速电机、4-传送带、5-转动主轴、6-转轴支架、7-砝码台、8-转环、9-试样转轴、10-磨损轨、11-挡环、12-磨料筛网、13-集料板、14-夹具、15-磨料漏斗、16-磨料回收筒、17-韧性金属柱、18-耐磨复合区、19-试样夹持台阶、20-进料斜面、21-硬度计电子输出仪、22-定量显微镜电子输出仪、23-精密天平电子输出仪、24-计算机。

具体实施方式

实施例1：如图1-9所示，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、砝码台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、韧性金属柱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，砝码台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，韧性金属柱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。

所述韧性金属柱17和耐磨复合区18组成的磨损面为对称结构。

所述韧性金属柱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；其中完全包围的韧性金属柱17为10个。

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：

Step1、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和韧性金属柱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和韧性金属柱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和韧性金属柱17的每个正方体块的质量；根据质量除以体积分别得出耐磨复合区18的密度ρ_c及韧性金属柱17的密度ρ_m；

Step2、硬度计电子输出仪21向计算机24输入来自步骤Step1中切出的耐磨复合区18正方体块中的陶瓷颗粒硬度H_p及基体金属的硬度H_m；定量显微镜电子输出仪22向计算机24输入来自步骤Step1中切出的耐磨复合区18正方体块中的陶瓷颗粒体积分数W_p；

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及其完全包围的韧性金属柱17和部分被包围的韧性金属柱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；

Step5、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_c；

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Step6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；

Step8、将步骤Step7中的两种或两种以上材料的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40~80r/min，磨料选用40-150目的石英砂、碳化硅、棕刚玉、黑刚玉、锆刚玉中一种或几种，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；

Step9、计算机24将步骤Step1、Step2、Step5、Step8得出的ρ_c、ρ_m、H_m、H_p、W_p、W_c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。

实施例2：如图1-9所示，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、砝码台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、韧性金属柱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，砝码台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，韧性金属柱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。

所述韧性金属柱17和耐磨复合区18组成的磨损面为对称结构。

所述韧性金属柱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；其中完全包围的韧性金属柱17为两个。

实施例3：如图1-9所示，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、砝码台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、韧性金属柱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，砝码台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，韧性金属柱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。

所述韧性金属柱17和耐磨复合区18组成的磨损面为对称结构。

实施例4：如图1-9所示，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、砝码台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、韧性金属柱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，砝码台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，韧性金属柱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。

实施例5：如图1-9所示，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：

Step1、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和韧性金属柱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和韧性金属柱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和韧性金属柱17的每个正方体块的质量；根据质量除以体积分别得出耐磨复合区18的密度ρ_c及韧性金属柱17的密度ρ_m；

Step2、硬度计电子输出仪21向计算机24输入来自步骤Step1中切出的耐磨复合区18正方体块中的陶瓷颗粒硬度H_p及基体金属的硬度H_m；定量显微镜电子输出仪22向计算机24输入来自步骤Step1中切出的耐磨复合区18正方体块中的陶瓷颗粒体积分数W_p；

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及其完全包围的韧性金属柱17和部分被包围的韧性金属柱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；

Step5、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_c；

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Step6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；

Step8、将步骤Step7中的两种或两种以上材料的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40~80r/min，磨料选用40-150目的石英砂、碳化硅、棕刚玉、黑刚玉、锆刚玉中一种或几种，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；

Step9、计算机24将步骤Step1、Step2、Step5、Step8得出的ρ_c、ρ_m、H_m、H_p、W_p、W_c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。

实施例6：如图1-9所示，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：

锆刚玉陶瓷颗粒增强高铬铸铁基蜂窝复合材料与碳化硼陶瓷增强高铬铸铁基蜂窝复合材料耐磨性能的对比。

Step1、用精密金相切割机从锆刚玉陶瓷颗粒增强高铬铸铁基蜂窝复合材料的锆刚玉耐磨复合区18和高铬铸铁韧性金属柱17中分别取边长为10mm的正方体块，再用精密天平电子输出仪23分别测量得来自耐磨复合区18正方体块的质量为6.3g，来自韧性金属柱17的正方体块的质量为7.8g；根据质量除以体积得出锆刚玉耐磨复合区18的密度ρ_c-1为6.3g/cm³，高铬铸铁韧性金属柱17的密度ρ_m-1为7.8g/cm³；同样方法用精密金相切割机从碳化硼陶瓷颗粒增强高铬铸铁基蜂窝复合材料的碳化硼耐磨复合区18和高铬铸铁韧性金属柱17中分别取边长为10mm的正方体块，再用精密天平电子输出仪23分别测量得来自耐磨复合区18正方体块的质量为5.6g，来自韧性金属柱17的正方体块的质量为7.8g；根据质量除以体积得出碳化硼耐磨复合区18的密度ρ_c-2为5.6g/cm³，高铬铸铁韧性金属柱17的密度ρ_m-2为7.8g/cm³；

Step2、硬度计电子输出仪21向计算机24输入来自步骤Step1中切出的锆刚玉耐磨复合区18正方体块中的陶瓷颗粒硬度H_p-1为78.4HRC，锆刚玉陶瓷颗粒之间高铬铸铁的硬度H_m-1为60HRC，相应高铬铸铁韧性金属柱17的硬度为H_M-1为58HRC；碳化硼耐磨复合区18正方体块中的陶瓷颗粒硬度H_p-2为82HRC，碳化硼陶瓷颗粒之间高铬铸铁硬度为H_m-2为62HRC，相应高铬铸铁韧性金属柱17的硬度为H_M-2为59HRC，定量显微镜电子输出仪22向计算机24输入来自步骤Step1中切出的锆刚玉耐磨复合区18正方体块中的锆刚玉陶瓷颗粒体积分数W_p-1为48%，碳化硼耐磨复合区18正方体块中的碳化硼陶瓷颗粒体积分数W_p-2为51%；

Step3、从锆刚玉陶瓷颗粒增强高铬铸铁基蜂窝复合材料中取出3个磨损试样；其中磨损试样由被耐磨复合区18及其完全包围的韧性金属柱17和部分被包围的韧性金属柱17组成；

Step4、将步骤Step3磨损试样前端加工成40°倾斜角的进料斜面20；

Step5、用定量显微镜电子输出仪22向计算机24输入锆刚玉耐磨复合区18占磨损试样的体积分数W_c-1为60%；

Step6、将碳化硼陶瓷增强高铬铸铁基蜂窝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，用定量显微镜电子输出仪22向计算机24输入碳化硼耐磨复合区18占磨损试样的体积分数W_c-2为55%；

Step7、将步骤Step4、步骤Step6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，锆刚玉蜂窝复合材料磨损试样质量分别为186.5412g、186.4892g、186.5879g，碳化硼蜂窝复合材料磨损试样质量分别为149.7249g、148.3563g、149.2673g；

Step8、将步骤Step7中的3个锆刚玉蜂窝复合材料磨损试样和3个碳化硼蜂窝复合材料磨损试样同时夹持在磨损性能的检测装置中，3个锆刚玉蜂窝复合材料磨损试样分别选取20N、40N、100N载荷，同样方法，3个碳化硼蜂窝复合材料磨损试样分别选取20N、40N、100N载荷；其中磨损性能的检测装置中转速为40r/min，磨料选用60-80目的石英砂，每个磨程时间0.5h，进行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，具体数据如下表：

Step9、计算机24将步骤Step1、Step2、Step5、Step8得出的ρ_c、ρ_m、H_m、H_p、W_p、W_c和每次称量的质量进行处理，处理方法为：

耐磨复合区体积损失为V_c-loss={M×W_c×(1-(H_c-H_m)/H_m)}/ρ_c；

韧性金属柱体积损失为V_m-loss={M×(1-W_c)×(1+(H_c-H_m)/H_m)}/ρ_m；

由以上两式得磨损试样总的体积损失为：

V_loss={M×W_c×(1-(H_c-H_m)/H_m)}/ρ_c+{M×(1-W_c)×(1+(H_c-H_m)/H_m)}/ρ_m

其中M为磨损试样每个磨程质量与初始质量之差，处理后的数据见下表：

计算机自动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，如图7所示。

实施例7：如图1-9所示，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：

碳化钨陶瓷颗粒增强高铬铸铁基蜂窝复合材料与碳化钛陶瓷增强高铬铸铁基蜂窝复合材料耐磨性能的对比。

Step1、用精密金相切割机从碳化钨陶瓷颗粒增强高铬铸铁基蜂窝复合材料的碳化钨耐磨复合区18和高铬铸铁韧性金属柱17中分别取边长为10mm的正方体块，再用精密天平电子输出仪23分别测量得来自耐磨复合区18正方体块的质量为11.6g，来自韧性金属柱17的正方体块的质量为7.8g；根据质量除以体积得出碳化钨耐磨复合区18的密度ρ_c-1为11.6g/cm³，高铬铸铁韧性金属柱17的密度ρ_m-1为7.8g/cm³；同样方法用精密金相切割机从碳化钛陶瓷颗粒增强高铬铸铁基蜂窝复合材料的碳化钛耐磨复合区18和高铬铸铁韧性金属柱17中分别取边长为10mm的正方体块，再用精密天平电子输出仪23分别测量得来自碳化钛耐磨复合区18正方体块的质量为6.4g，来自高铬铸铁韧性金属柱17的正方体块的质量为7.8g；根据质量除以体积得出碳化钛耐磨复合区18的密度ρ_c-2为6.4g/cm³，高铬铸铁韧性金属柱17的密度ρ_m-2为7.8g/cm³；

Step2、硬度计电子输出仪21向计算机24输入来自步骤Step1中切出的碳化钨耐磨复合区18正方体块中的碳化钨陶瓷颗粒硬度H_p-1为79HRC，碳化钨陶瓷颗粒之间高铬铸铁的硬度H_m-1为59HRC，相应高铬铸铁韧性金属柱17的硬度为H_M-1为58HRC；碳化钛耐磨复合区18正方体块中的碳化钛陶瓷颗粒硬度H_p-2为93HRC，碳化钛陶瓷颗粒之间高铬铸铁硬度为H_m-2为61HRC，相应高铬铸铁韧性金属柱17的硬度为H_M-2为60HRC，定量显微镜电子输出仪22向计算机24输入来自步骤Step1中切出的碳化钨耐磨复合区18正方体块中的碳化钨陶瓷颗粒体积分数W_p-1为53%，碳化钛耐磨复合区18正方体块中的碳化钛陶瓷颗粒体积分数W_p-2为58%；

Step3、从碳化钨陶瓷颗粒增强高铬铸铁基蜂窝复合材料中取出3个磨损试样；其中磨损试样由被耐磨复合区18及其完全包围的韧性金属柱17和部分被包围的韧性金属柱17组成；

Step4、将步骤Step3磨损试样前端加工成60°倾斜角的进料斜面20；

Step5、用定量显微镜电子输出仪22向计算机24输入碳化钨耐磨复合区18占磨损试样的体积分数W_c-2为59%；

Step6、将碳化钛陶瓷增强高铬铸铁基蜂窝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，用定量显微镜电子输出仪22向计算机24输入碳化钛耐磨复合区18占磨损试样的体积分数W_c-2为64%；

Step7、将步骤Step4、步骤Step6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，碳化钨蜂窝复合材料磨损试样质量分别为196.4723g、196.8925g、197.1573g，碳化钛蜂窝复合材料磨损试样质量分别为174.2586g、173.9685g、174.6739g；

Step8、将步骤Step7中的3个碳化钨蜂窝复合材料磨损试样和3个碳化钛蜂窝复合材料磨损试样同时夹持在磨损性能的检测装置中，3个碳化钨蜂窝复合材料磨损试样分别选取40N、50N、60N载荷，同样方法，3个碳化钛蜂窝复合材料磨损试样分别选取40N、50N、60N载荷；其中磨损性能的检测装置中转速为70r/min，磨料选用40-60目的碳化硅，每个磨程时间为1h，进行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，具体数据如下表：

Step9、计算机24将步骤Step1、Step2、Step5、Step8得出的ρ_c、ρ_m、H_m、H_p、W_p、W_c和每次称量的质量进行处理，处理方法为：

耐磨复合区体积损失为V_c-loss={M×W_c×(1-(H_c-H_m)/H_m)}/ρ_c；

韧性金属柱体积损失为V_m-loss={M×(1-W_c)×(1+(H_c-H_m)/H_m)}/ρ_m；

由以上两式得磨损试样总的体积损失为：

V_loss={M×W_c×(1-(H_c-H_m)/H_m)}/ρ_c+{M×(1-W_c)×(1+(H_c-H_m)/H_m)}/ρ_m

其中M为磨损试样每个磨程质量与初始质量之差，得出最终处理数据见下表：

计算机自动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，如图8所示。

实施例8：如图1-9所示，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：

锆刚玉陶瓷颗粒增强高铬铸铁基蜂窝复合材料与碳化硅陶瓷增强高铬铸铁基蜂窝复合材料耐磨性能的对比。

Step1、用精密金相切割机从锆刚玉陶瓷颗粒增强高铬铸铁基蜂窝复合材料的锆刚玉耐磨复合区18和高铬铸铁韧性金属柱17中分别取边长为10mm的正方体块，再用精密天平电子输出仪23分别测量得来自耐磨复合区18正方体块的质量为6.3g，来自韧性金属柱17的正方体块的质量为7.8g；根据质量除以体积得出锆刚玉耐磨复合区18的密度ρ_c-1为6.3g/cm³，高铬铸铁韧性金属柱17的密度ρ_m-1为7.8g/cm³；同样方法用精密金相切割机从碳化硅陶瓷颗粒增强高铬铸铁基蜂窝复合材料的碳化硅耐磨复合区18和高铬铸铁韧性金属柱17中分别取边长为10mm的正方体块，再用精密天平电子输出仪23分别测量得来自耐磨复合区18正方体块的质量为5.3g，来自韧性金属柱17的正方体块的质量为7.8g；根据质量除以体积得出碳化硅耐磨复合区18的密度ρ_c-2为5.3g/cm³，高铬铸铁韧性金属柱17的密度ρ_m-2为7.8g/cm³；

Step2、硬度计电子输出仪21向计算机24输入来自步骤Step1中切出的锆刚玉耐磨复合区18正方体块中的陶瓷颗粒硬度H_p-1为78.4HRC，锆刚玉陶瓷颗粒之间高铬铸铁的硬度H_m-1为60HRC，相应高铬铸铁韧性金属柱17的硬度为H_M-1为58HRC；碳化硅耐磨复合区18正方体块中的碳化硅陶瓷颗粒硬度H_p-2为83HRC，碳化硅陶瓷颗粒之间高铬铸铁硬度为H_m-2为62HRC，相应高铬铸铁韧性金属柱17的硬度为H_M-2为60HRC，定量显微镜电子输出仪22向计算机24输入来自步骤Step1中切出的锆刚玉耐磨复合区18正方体块中的锆刚玉陶瓷颗粒体积分数W_p-1为48%，碳化硅耐磨复合区18正方体块中的碳化硅陶瓷颗粒体积分数W_p-2为53%；

Step3、从锆刚玉陶瓷颗粒增强高铬铸铁基蜂窝复合材料中取出3个磨损试样；其中磨损试样由被耐磨复合区18及其完全包围的韧性金属柱17和部分被包围的韧性金属柱17组成；

Step4、将步骤Step3磨损试样前端加工成70°倾斜角的进料斜面20；

Step5、用定量显微镜电子输出仪22向计算机24输入锆刚玉耐磨复合区18占磨损试样的体积分数W_c-1为60%；

Step6、将碳化硅陶瓷增强高铬铸铁基蜂窝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，用定量显微镜电子输出仪22向计算机24输入碳化硅耐磨复合区18占磨损试样的体积分数W_c-2为52%；

Step7、将步骤Step4、步骤Step6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，锆刚玉蜂窝复合材料磨损试样质量分别为186.5412g、186.4892g、186.5879g，碳化硅蜂窝复合材料磨损试样质量分别为130.6253g、130.1046g、131.0278g；

Step8、将步骤Step7中的3个锆刚玉蜂窝复合材料磨损试样和3个碳化硅蜂窝复合材料磨损试样同时夹持在磨损性能的检测装置中，3个锆刚玉蜂窝复合材料磨损试样分别选取30N、60N、80N载荷，同样方法，3个碳化硅蜂窝复合材料磨损试样分别选取30N、60N、80N载荷；其中磨损性能的检测装置中转速为80r/min，磨料选用70-150目的棕刚玉砂，每个磨程时间为3h，进行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，具体数据如下表：

Step9、计算机24将步骤Step1、Step2、Step5、Step8得出的ρ_c、ρ_m、H_m、H_p、W_p、W_c和每次称量的质量进行处理，处理方法为：

耐磨复合区体积损失为V_c-loss={M×W_c×(1-(H_c-H_m)/H_m)}/ρ_c；

韧性金属柱体积损失为V_m-loss={M×(1-W_c)×(1+(H_c-H_m)/H_m)}/ρ_m；

由以上两式得磨损试样总的体积损失为：

V_loss={M×W_c×(1-(H_c-H_m)/H_m)}/ρ_c+{M×(1-W_c)×(1+(H_c-H_m)/H_m)}/ρ_m

其中M为磨损试样每个磨程质量与初始质量之差，处理后的数据见下表：

计算机自动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，如图9所示。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (1)

1.一种蜂窝状陶瓷-金属复合材料磨损性能的检测方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：

Step1、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）和韧性金属柱（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）和韧性金属柱（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）和韧性金属柱（17）的每个正方体块的质量；根据质量除以体积分别得出耐磨复合区（18）的密度ρ_c及韧性金属柱（17）的密度ρ_m；

Step2、硬度计电子输出仪（21）向计算机（24）输入来自步骤Step1中切出的耐磨复合区（18）正方体块中的陶瓷颗粒硬度H_p及基体金属的硬度H_m；定量显微镜电子输出仪（22）向计算机（24）输入来自步骤Step1中切出的耐磨复合区（18）正方体块中的陶瓷颗粒体积分数W_p；

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）及其完全包围的韧性金属柱（17）和部分被包围的韧性金属柱（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）；

Step5、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_c；

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Step6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）；

Step8、将步骤Step7中的两种或两种以上材料的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40~80r/min，磨料选用40-150目的石英砂、碳化硅、棕刚玉、黑刚玉、锆刚玉中一种或几种，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）；

Step9、计算机（24）将步骤Step1、Step2、Step5、Step8得出的ρ_c、ρ_m、H_m、H_p、W_p、W_c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。