（材料加工工程专业论文）疏浚装备金属基耐磨覆层的研制及耐磨性分析.pdf

武汉理工大学硕士学位论文法可以减少焊条研制周期和成本。采用梯度耐磨堆焊工艺实际修复绞刀后，其耐磨性比绞刀原材料有显著的提高，其工作寿命是原材料3 5 s i m n 的三倍左右。因此该材料具备了广泛的市场应用前景寸关键词：陶瓷颗粒，孕足药芯焊条? 耐骂# 神经网络j 遗传算法?2、t亟堡堡三奎堂堡主兰堡笙奎a b s t r a c ti nt h ec o u r s eo fd r e d g i n g ，也es u b j e c t e dw e 甜o fe a s i l yd a m a g e dp a r t si ns a n d s l u r r ye r o s i o nc o n d i t i o ni sv e r ) ，m u c hs e r i o u s t h ew e a r r e s i s t a l l c eo fm a c h i n e r yo fd r e d g i n ge q u i p m e i l ta th o m ei sv e r ) ，p o o r t h e s ep a r t sa r en o w a d a y sr e p a i r e df t e q u e n t l y t h i sw i l ls i g n i 6 c a n t l ya f f e c tt h ec o n t i n u o u so p e r a t i o na b i l i t yo fd r e d g i n 舀a n dr e d u c ew o r k i n ge f ! e i c i e n c y s o ，i ti so fe n o r m o u se c o n o m i cb e n e f l t sa n ds o c i a lb e n e f i tf o ru st od e v e l o pw e a 卜r e s i s t a n td r e d g i n gm a t e r i a l s ，a n dr e a l i z et h ep r o d u c t sh o m e m a d e t h es t u d y i n gc o n t e n to ft h e s i si so n eo ft h ep a n sc o n c e r n e dw i t ht h es c j e n t j f j ca 】1 dt e c h n 0 1 0 9 j c a lk e yp r o j e c t - ”t 1 1 en e wt e c h n i c a le q u i p m e n te x p e r i m e n t a lr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no n17 5 0 m mc u n e r h e a dp i p e l i n ed r e d g e r s p o n s o r e db yt h es t a t ee c o n o m ya n dt r a d ec o m m i s s i o n i nt h i sa r t i c l e ，t h es t u d y i n gw o r kf o c u s e so nas e r i e so fw e a 卜r e s i s t a n tc l a d d i n gm a t e r i a l su s e di nd r e d g i n g ，d e v e l o p e db yo u rg r o u p t h em a i nc o n t e n t sa r ep r e s e n t e da sf o l l o w s ：( 1 ) t h ep a r a m e t e r so fs a n d s l u r r yw e a rt e s t i n gm a c h i n ea d o p t e di nm a t e r i a lw e a re x p e r i m e n ti sd e 6 n e d a c c o r d i n gt ot h eo r t h o g o n a lt e s tr e s u l t ，t h ec o n t e mh a sa n a l y s e dt h ea f f e c t i n gf a c t o r so nt h ew e a r - r e s i s t a n c e ，s u c ha st h ei m p a c t i n ga n g l e ，t h es a n d - s l u r r ys o l u t i o n ，a i l dt l l et e s t i n gt i m ee t c u n d e rt h ea c c e 】e r a t e dw e a rc o n d i t i o n ，t h ea u 亡h o rh a sc h o s e nt h eb e s tt e s tp a r a m e t e r s ( 2 )丁h ed e s i g no fc l a d d l n gc o m p o s i t i o nm a t e r i a l sa n dm a n u f a c t u r i n gp r o c e s s e s t h et e s t e da n dd e v e l o p e dm a t e r i a l sa r ei n v o l v e dw i t ht h ec e r a m i c - p a r t i c l e ( w ci sam a i nh a r d - p h a s e ，a sw e l la sa 1 2 0 3a n ds i c ) r e i n f o r c e dw e a r - r e s i s t a n tc l a d d i n g a n o t h e ri st h ea 1 1 0 ys t e e lc l a d d i n g t h ee x p e r i m e n t so b t a i n st h es e r i e ss 锄p l e sb yv a r y i n gc e r a m i c sa n da l l o yc o m p o s i t i o n s t h ec l a d d i n gm e t h o d sa r ei n c l u d e ds h i e l d e dm e t a la r cw e l d i n g ，h i g h f r e q u e n c yd 印o s i t ，b r a z ew e l d i n g ，o x ya c e t y l e n ed e p o s i t i n ga n dt i gw e l d i n ge t c ( 3 ) t h ea s s e s s m e n to fc l a d d i n g s h a r d n e s s ，m i c r o s t u r c t u r ea n dw e a r r e s i s t a n c e b a s e do nt h et e s t i n gr e s u l t s ，t h et h e s i sd i s c u s s e st h er e l a t i o n s h i p sa m o n gt h eh a r d n e s s ，m i c r o h a r d n e s sa n dw e a r _ r e s i s t a t l c eo ft h ec l a d d i n g s ，a s 、v e l ja st h ei n f l u c n c e so fm i c r o s t u r c t u r e so nt h ew e a r r e s i s t a n c e f r o mt h ep o i n to fv i e wo fw e a r m e c h a i l i s m ，t h ea u t h o rd i s c u s s e sf h n h e rt h ei n t e r r e l a t i o n sb e t w e e nw e a r r e s j s t a n c ea n dm j c r o s t r l l c t l 】r e s3武汉理工大学硕士学位论文( 4 ) a c c o r d i n gt om e t a lm a t r i xc e r a m i cf l u x - c o r e de l e c t r o d ea n dr e l e v a n td a t a ，b ym e a n so ft h en e u r a ln e t w o r kt h ea u t h o rh a sp r e d i c t e dt h ew e a r r e s i s t a n c eo fc l a d d i n g sm a d ef i o mt h i sk j n do fe l e c t r o d e t h e n ，i n c o r p o r a t i n gt h eg e n e t i ca l g o r i t h m s ，t h ea u t h o rh a so p t i m i z e dt h en u x c o r e dp o w d e rc o m p o s i t i o n so ft h ee l e c t r o d et h r o u g ht h en e t w o r km o d e l t h r o u 曲s u m m a r ya n da n a l y s i so nt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s ，t h ea u m o rd i s c o v e r s ：t h ew e a r r e s i s t a n c eo f c a r b o ns t e e l ，a 1 i o ys t e e l ，a n ds u r f h c ec l a d d i n g sw i l lb ei n l p r o v e dw i t ht h ei n c r e a s eo ft h e i rh a r d n e s s i ng e n e r a l ，w cc e r 锄i c - p 矾i c l es 绌m g t h e n e dm e t “m a t r i xw e a r r e s i s t a n tc l a d d i n g sh a v ep r o m i n e n tw e a 卜r e s i s t a n c e t h ew e a rr e s i s t a n c eu p g r a d e sw i t ht h ei n c r e a s eo fc e r a m i c s c o n t e n t s w h i l ec o i l o c a t i n gs e v e r a ls i z e so fi d e n t i c a lp a r t i c l e st ot h ec o v e ri a y e r ，t h ew e a r _ r e s i s t a n c ei sf h r t h e ri m p r o v e d o t h e rc e r 锄i cp a r t i c l e sm i x e dw i t hw cw i l lg e tb e t t e rw e a r r e s i s t a n c ec o m p a r e dw i t ht h es i n g l ep a r t i c l e w i t hr e s p e c tt om ec l a d d i n gm i c r o s t r u c t u r e ，i ti sf i n et h a tw ce u t e c t i ca p p e a r si nt h em a t r i xw i t hf i s hb o n ef o r m ，l i t t l eo fs m a l lp a r t i c l e ，o rb r a n c hf o r m a n di ts h o u h ia v o j dt a k j n gt h ea p p e a r a n c eo fs u c c e s s j v en e t w o r k t h ec j a d d j n g s w e a rm e c h a n i s m sa r em a i n l yc o n c e r n e dw i t hm i c r o c u t t i n g ，p l o u 曲i n g ，a n df a t i g u ew e a rm e c h a n i s mi nt h es a n d s l u r r yt e s t i n g a sf o rt h ep r o c e s s e s ，t h es h i e l d e dm e t a la r cw e l d i n gi sb e t t e rt h a nt h o s ed e p o s i t sm e t h o d sm e n t i o n e da b o v e ，b a s e do nt h ec o n s i d e r a t i o n so fs e v e r a la s p e c t s s u c ha sa p p i i c a t i o n ，w o r ke 衔c i e n c y ，s h 印i n g ，p r o p e n y c o s tr a t i o ，e t c t h er e s u l ts h o w st h a ti t sf e a s i b l et oe s t i m a t ew e a r r e s i s t a n c eo ft h en u x c o r e dw e l d i n gc l a d d i n ga n do p t i m i z ei t sc o m p o s i t ew i t ht h eb pn e u r a ln e t w o r ka n dg e n e t i ca l g o r i t l m s t h i sm e t h o dc a nr e d u c et h ew e l d i n gr o d d e v e l o p i n gc y c l ea n dc o s t i t sw e a r - r e s i s t a n c e ，c o m p a r e dw i t ht h ef o h n e ra d o p t e dm a t e r i a l s ，h a sg o tr e m a r k a b l ei m p r o v e m e mw i t hg r a d i e n ts u r f 犯ed e p o s i t i n g i t ss e r v i c el i f ei sa sa p p r o x i m a t e l yt l l r e et i m e sa st h a to fr a wm a t e r i a l 3 5 s i m n t h e r e f o r e ，t h i sm a t e r i a lp o s s e s s e st h ee x t e n s i v em a r k e t 。、k e yw o r d s ：c e r 锄i c p a r t i c l ec l a d d i n gn u xc o r e de l e c 仃o d ew e a r r e s i s t a n c en e u r a ln e t w o r kg e n e t i ca l g o r i t h m s4武汉理工大学硕士学位论文第l 章绪论1 1 课题的来源及意义疏浚装备是疏浚工程中必不可少的工程机械。疏浚工程是指应用水力或机械的方法，挖掘水下的土石方并进行输移处理的工程。我国的水力资源十分丰富，江河湖泊众多，随着经济改革的深入发展，水路运输和水利电力在国民经济中占有越来越重要的地位。为了保证水路畅通、提高水运能力，就必须拓宽和加深航道，进行航道维护和港口建设 为了确保防洪、发电和农田灌溉以及保护生态环境，充分利用有限的水资源，就必须对江河湖泊进行清淤工作，增大有效库容，实现对全年来水的有效调控。因此疏浚工程是发展水路交通运输和水利电力事业必不可少的任务。挖泥船就是发挥清除淤泥、疏通河道作用的疏浚装备。由于挖泥船的工况条件十分恶劣，在疏浚过程中，泥沙对挖泥船的磨损是不可避免的，如何减少挖泥机械的磨损是疏浚工程中需要解决的首要问题之一。疏浚易损设备只有在拥有高质量和长寿命的情况下，才能保证疏浚工程作业的高效率。因此研制高效耐用的酬磨新材料已经成为保证疏浚船舶发挥更大效能的基础性研究工作。疏浚易损设备过流部件的磨损，不是单一的磨损机制造成的结果，而是多种机制共同作用的结果。在疏浚过程中，既有泥浆中泥沙对部件的磨粒磨损，又有高速流体对部件表面的冲刷作用，还有气蚀磨损和腐蚀介质对流道表面的腐蚀磨损。因此作为疏浚机械的耐磨部件既要有良好的耐磨粒磨损性能及耐气蚀磨损和耐腐蚀的性能，还要有一定的塑韧性。研制一种在疏浚工况中使用的新型金属基耐磨复合材料，同时进一步探讨其磨损机理。这种耐磨材料应具有高硬度及优良的耐磨性和良好的塑、韧性及焊接性。根据调研的情况来看，金属基复合耐磨材料是当前耐磨材料研究的热点，而其中又以金属陶瓷的发展最有潜力。在金属陶瓷材料方面，国内外一直将w c 系耐磨材料作为研究重点，其加工工艺以喷涂和气相沉积为主【2 卜【9 】，目前只能获得薄的耐磨层。但在实际应用中，因为针对偏厚的耐磨层的加工工艺尚不成熟，限制了其在疏浚工程中的应用。国外一些研究机构，采用了形式多样的耐磨新材料作为疏浚机械易磨损武汉理工大学硕士学位论文第l 章绪论1 1 课题的来源及意义疏浚装备是疏浚工程中必不可少的工程机械。疏浚工程是指应用水力或机械的方法，挖掘水下的土石方并进行输移处理的工程。我国的水力资源十分丰富，江河湖泊众多，随着经济改革的深入发展，水路运输和水利电力在国民经济中占有越来越重要的地位。为了保证水路畅通、提高水运能力，就必须拓宽和加深航道，进行航道维护和港口建设 为了确保防洪、发电和农田灌溉以及保护生态环境，充分利用有限的水资源，就必须对江河湖泊进行清淤工作，增大有效库容，实现对全年来水的有效调控。因此疏浚工程是发展水路交通运输和水利电力事业必不可少的任务。挖泥船就是发挥清除淤泥、疏通河道作用的疏浚装备。由于挖泥船的工况条件十分恶劣，在疏浚过程中，泥沙对挖泥船的磨损是不可避免的，如何减少挖泥机械的磨损是疏浚工程中需要解决的首要问题之一。疏浚易损设备只有在拥有高质量和长寿命的情况下，才能保证疏浚工程作业的高效率。因此研制高效耐用的酬磨新材料已经成为保证疏浚船舶发挥更大效能的基础性研究工作。疏浚易损设备过流部件的磨损，不是单一的磨损机制造成的结果，而是多种机制共同作用的结果。在疏浚过程中，既有泥浆中泥沙对部件的磨粒磨损，又有高速流体对部件表面的冲刷作用，还有气蚀磨损和腐蚀介质对流道表面的腐蚀磨损。因此作为疏浚机械的耐磨部件既要有良好的耐磨粒磨损性能及耐气蚀磨损和耐腐蚀的性能，还要有一定的塑韧性。研制一种在疏浚工况中使用的新型金属基耐磨复合材料，同时进一步探讨其磨损机理。这种耐磨材料应具有高硬度及优良的耐磨性和良好的塑、韧性及焊接性。根据调研的情况来看，金属基复合耐磨材料是当前耐磨材料研究的热点，而其中又以金属陶瓷的发展最有潜力。在金属陶瓷材料方面，国内外一直将w c 系耐磨材料作为研究重点，其加工工艺以喷涂和气相沉积为主【2 卜【9 】，目前只能获得薄的耐磨层。但在实际应用中，因为针对偏厚的耐磨层的加工工艺尚不成熟，限制了其在疏浚工程中的应用。国外一些研究机构，采用了形式多样的耐磨新材料作为疏浚机械易磨损武汉理工大学硕士学位论文件的耐磨部件，这些材料包括耐磨铸铁、特殊合金、耐磨陶瓷材料、耐磨胶粘剂等【】。这些耐磨材料均大幅提高了受磨损件的使用寿命、缩短了返修时间，显著提高了疏浚机械的使用效率。在我国疏浚机械的磨损问题没有受到足够的重视，国产的疏浚机械耐磨损性能差，返修频繁且使用寿命短，这些因素严重影响了疏浚作业的正常进行，降低了工作效率。为此，每年国家都要花费大量的外汇购置国外的疏浚装备耐磨部件。因此研制优良的疏浚机械耐磨材料，实现挖泥耐磨部件的国产化有着巨大的经济效益和社会效益。1 2 国内外耐磨材料的概况及发展趋势磨损是一个与整个系统有关的过程。同一种材料在不同的磨损系统中可能有不同的磨损特性，这是与不同系统中磨损机制不完全相同分不开的。磨损机制不同，对材料性质的要求也可能不同。因此材料设计工作者设计出多种类的耐磨材料。1 2 1 传统耐磨材料1 10 】( 1 ) 白口铸铁类它又分为四种：( 1 ) 高铬铸铁：如2 6 c r ，1 2 c 卜m o 等：( 2 ) 铬镍马氏体白口铸铁：如镍硬白口铸铁( 3 5 n i ，1 5 3 c r ) 、c l i m a x 3 2 l 合金等：( 3 )其它合金白口铸铁：如a l m a i l i t e 锰白口铸铁，钒白口铸铁( 1 9 2 2 5 c ，2 1 5 v ) 等；( 4 ) 珠光体白口铸铁。( 2 ) 耐磨钢类它也包含四种类型：( 1 ) 马氏体高碳钢：含o 6 1 5 c ，主要合金元素为c r 、m o 、m n ：( 2 ) 马氏体低碳及中碳钢：含o 1 5 0 5 c 及少量合金元素，并非真正的马氏体，因一般需高温回火以获得韧性，屈服极限比高锰钢高是它的优点；( 3 ) 珠光体低合金钢：成分范围宽，含o 4 1 3 c ，特别用于铸件，热处理较简单，工艺性好。残余应力少，屈服强度高，在高应力和低应力磨损条件下高碳珠光体钢甚至比高锰钢耐磨；( 4 ) 高锰钢：名义成分是1 2 c 和1 2 5 m n ，如果成分与热处理偏离规定范围，就会出现碳化物而恶化其性能。高锰钢适合用于高冲击磨损条件，使其表面加工硬化才能提高其耐磨性。若用于低应力条件，则耐磨性与普通低碳钢差不多。( 3 ) 耐磨合金类2武汉理工大学硕士学位论文件的耐磨部件，这些材料包括耐磨铸铁、特殊合金、耐磨陶瓷材料、耐磨胶粘剂等【】。这些耐磨材料均大幅提高了受磨损件的使用寿命、缩短了返修时间，显著提高了疏浚机械的使用效率。在我国疏浚机械的磨损问题没有受到足够的重视，国产的疏浚机械耐磨损性能差，返修频繁且使用寿命短，这些因素严重影响了疏浚作业的正常进行，降低了工作效率。为此，每年国家都要花费大量的外汇购置国外的疏浚装备耐磨部件。因此研制优良的疏浚机械耐磨材料，实现挖泥耐磨部件的国产化有着巨大的经济效益和社会效益。1 2 国内外耐磨材料的概况及发展趋势磨损是一个与整个系统有关的过程。同一种材料在不同的磨损系统中可能有不同的磨损特性，这是与不同系统中磨损机制不完全相同分不开的。磨损机制不同，对材料性质的要求也可能不同。因此材料设计工作者设计出多种类的耐磨材料。1 2 1 传统耐磨材料1 10 】( 1 ) 白口铸铁类它又分为四种：( 1 ) 高铬铸铁：如2 6 c r ，1 2 c 卜m o 等：( 2 ) 铬镍马氏体白口铸铁：如镍硬白口铸铁( 3 5 n i ，1 5 3 c r ) 、c l i m a x 3 2 l 合金等：( 3 )其它合金白口铸铁：如a l m a i l i t e 锰白口铸铁，钒白口铸铁( 1 9 2 2 5 c ，2 1 5 v ) 等；( 4 ) 珠光体白口铸铁。( 2 ) 耐磨钢类它也包含四种类型：( 1 ) 马氏体高碳钢：含o 6 1 5 c ，主要合金元素为c r 、m o 、m n ：( 2 ) 马氏体低碳及中碳钢：含o 1 5 0 5 c 及少量合金元素，并非真正的马氏体，因一般需高温回火以获得韧性，屈服极限比高锰钢高是它的优点；( 3 ) 珠光体低合金钢：成分范围宽，含o 4 1 3 c ，特别用于铸件，热处理较简单，工艺性好。残余应力少，屈服强度高，在高应力和低应力磨损条件下高碳珠光体钢甚至比高锰钢耐磨；( 4 ) 高锰钢：名义成分是1 2 c 和1 2 5 m n ，如果成分与热处理偏离规定范围，就会出现碳化物而恶化其性能。高锰钢适合用于高冲击磨损条件，使其表面加工硬化才能提高其耐磨性。若用于低应力条件，则耐磨性与普通低碳钢差不多。( 3 ) 耐磨合金类2武汉理工大学硕士学位论文件的耐磨部件，这些材料包括耐磨铸铁、特殊合金、耐磨陶瓷材料、耐磨胶粘剂等【】。这些耐磨材料均大幅提高了受磨损件的使用寿命、缩短了返修时间，显著提高了疏浚机械的使用效率。在我国疏浚机械的磨损问题没有受到足够的重视，国产的疏浚机械耐磨损性能差，返修频繁且使用寿命短，这些因素严重影响了疏浚作业的正常进行，降低了工作效率。为此，每年国家都要花费大量的外汇购置国外的疏浚装备耐磨部件。因此研制优良的疏浚机械耐磨材料，实现挖泥耐磨部件的国产化有着巨大的经济效益和社会效益。1 2 国内外耐磨材料的概况及发展趋势磨损是一个与整个系统有关的过程。同一种材料在不同的磨损系统中可能有不同的磨损特性，这是与不同系统中磨损机制不完全相同分不开的。磨损机制不同，对材料性质的要求也可能不同。因此材料设计工作者设计出多种类的耐磨材料。1 2 1 传统耐磨材料1 10 】( 1 ) 白口铸铁类它又分为四种：( 1 ) 高铬铸铁：如2 6 c r ，1 2 c 卜m o 等：( 2 ) 铬镍马氏体白口铸铁：如镍硬白口铸铁( 3 5 n i ，1 5 3 c r ) 、c l i m a x 3 2 l 合金等：( 3 )其它合金白口铸铁：如a l m a i l i t e 锰白口铸铁，钒白口铸铁( 1 9 2 2 5 c ，2 1 5 v ) 等；( 4 ) 珠光体白口铸铁。( 2 ) 耐磨钢类它也包含四种类型：( 1 ) 马氏体高碳钢：含o 6 1 5 c ，主要合金元素为c r 、m o 、m n ：( 2 ) 马氏体低碳及中碳钢：含o 1 5 0 5 c 及少量合金元素，并非真正的马氏体，因一般需高温回火以获得韧性，屈服极限比高锰钢高是它的优点；( 3 ) 珠光体低合金钢：成分范围宽，含o 4 1 3 c ，特别用于铸件，热处理较简单，工艺性好。残余应力少，屈服强度高，在高应力和低应力磨损条件下高碳珠光体钢甚至比高锰钢耐磨；( 4 ) 高锰钢：名义成分是1 2 c 和1 2 5 m n ，如果成分与热处理偏离规定范围，就会出现碳化物而恶化其性能。高锰钢适合用于高冲击磨损条件，使其表面加工硬化才能提高其耐磨性。若用于低应力条件，则耐磨性与普通低碳钢差不多。( 3 ) 耐磨合金类2茎竖堡三查堂堡主兰垡丝苎一工业生产所用的耐磨合金大致可分为铁基合金、镍基合金和钴基合金三类。耐磨合金的合金元素含量都很高，特别是钴基和镍基合金，因此生产成本很高，限制了广泛使用。通常采用在金属工件上喷涂、喷焊或用其它硬化方法使表面涂上一层硬化耐磨合金，以达到耐磨、耐蚀及耐高温的目的。( 4 ) 其它耐磨材料除上述几类| i j 磨材料外，还有金属陶瓷和陶瓷、塑料和橡胶等金属和非金属材料。采用表面喷涂和强化处理可提高材料的耐磨性。无论那种类型材料均有其自身的优点和缺点，因此在选用材料时既要考虑实际工况的要求又要考虑经济效益。随着人类科技的迅速发展需要一些更高要求的耐磨材料，而传统的耐磨材料已不能满足实际的需要，因而出现了复合材料( 如金属陶瓷) 等一系列性能更好的耐磨材料。1 2 2 耐磨复合材料随着工业技术的发展，单一的材料已不能满足更为苛刻的实际工况的要求，而且单一材料有其不能克服的缺陷，因此研究人员设计出了复合材料。复合材料是运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化结合而成的新材料。一般应该满足以下的条件j ：( 1 ) 复合材料是人造材料，是人们根据需要设计制造的。( 2 ) 它必须有两种或两种以上化学、物理性质不同的材料组分，以所设计的形式、比例、分布组合而成。各组分之间有明显的界面存在。( 3 ) 复合材料保持各组份材料性能的优点，并增加单一组成材料所不能达到的综合性能。通过优化设计、选择和控制复合材料的组合、分布、比例、界面结构以及合理的复合制备技术。可制备出具有优异综合性能、性能范围广的新材料、满足各种特殊的需要，更合理经济的使用材料。复合材料中组分分为基体和增强物。其中连续分布的组分为基体，如聚合物( 树脂) 基、金属基、陶瓷基等。将纤维、颗粒、晶须称为增强物。以下仅以金属基复合材料为代表介绍其分类方式。陶瓷一直受到材料研究人员的重视，因为陶瓷有很高的硬度、很好的耐磨性、抗氧化和腐蚀性能好、熔点高、重量轻，但它最大的缺陷是脆性太高。而金属有很好的延展性、导电性、较高的强度、易成型等，但它容易被腐蚀、被氧化。由此可见金属和陶瓷在性能上有很大的互补性。因此研究人员将两3茎竖堡三查堂堡主兰垡丝苎一工业生产所用的耐磨合金大致可分为铁基合金、镍基合金和钴基合金三类。耐磨合金的合金元素含量都很高，特别是钴基和镍基合金，因此生产成本很高，限制了广泛使用。通常采用在金属工件上喷涂、喷焊或用其它硬化方法使表面涂上一层硬化耐磨合金，以达到耐磨、耐蚀及耐高温的目的。( 4 ) 其它耐磨材料除上述几类| i j 磨材料外，还有金属陶瓷和陶瓷、塑料和橡胶等金属和非金属材料。采用表面喷涂和强化处理可提高材料的耐磨性。无论那种类型材料均有其自身的优点和缺点，因此在选用材料时既要考虑实际工况的要求又要考虑经济效益。随着人类科技的迅速发展需要一些更高要求的耐磨材料，而传统的耐磨材料已不能满足实际的需要，因而出现了复合材料( 如金属陶瓷) 等一系列性能更好的耐磨材料。1 2 2 耐磨复合材料随着工业技术的发展，单一的材料已不能满足更为苛刻的实际工况的要求，而且单一材料有其不能克服的缺陷，因此研究人员设计出了复合材料。复合材料是运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化结合而成的新材料。一般应该满足以下的条件j ：( 1 ) 复合材料是人造材料，是人们根据需要设计制造的。( 2 ) 它必须有两种或两种以上化学、物理性质不同的材料组分，以所设计的形式、比例、分布组合而成。各组分之间有明显的界面存在。( 3 ) 复合材料保持各组份材料性能的优点，并增加单一组成材料所不能达到的综合性能。通过优化设计、选择和控制复合材料的组合、分布、比例、界面结构以及合理的复合制备技术。可制备出具有优异综合性能、性能范围广的新材料、满足各种特殊的需要，更合理经济的使用材料。复合材料中组分分为基体和增强物。其中连续分布的组分为基体，如聚合物( 树脂) 基、金属基、陶瓷基等。将纤维、颗粒、晶须称为增强物。以下仅以金属基复合材料为代表介绍其分类方式。陶瓷一直受到材料研究人员的重视，因为陶瓷有很高的硬度、很好的耐磨性、抗氧化和腐蚀性能好、熔点高、重量轻，但它最大的缺陷是脆性太高。而金属有很好的延展性、导电性、较高的强度、易成型等，但它容易被腐蚀、被氧化。由此可见金属和陶瓷在性能上有很大的互补性。因此研究人员将两3武汉理工大学硕士学位论文者的优点结合，研制出高性能的金属陶瓷复合材料( 又称为金属陶质合金) 。仅耐磨性而言，金属陶瓷复合材料比传统的耐磨材料有更高的耐磨性，它有陶瓷材料的高耐磨性，却又避免了陶瓷材料的易脆性。金属陶瓷是以金属为基体，把耐热性好、硬度高的金属氧化物、碳化物、氮化物等复合在一起的复合材料，既有陶瓷的硬度、耐热性好的优点，又有金属耐冲击的优点【l 孙。金属陶瓷复合耐磨材料的增强体类型通常是颗粒增强。颗粒增强是指弥散的硬质增强相的体积超过2 0 的复合材料，而不包括弥散质点体积比很低的弥散强化金属。这类复合材料的颗粒直径和颗粒间距很大般大于1um ，其增强相是主要的承载相，而基体的作用在于传递承载和便于加工，硬质增强相造成的对基体的束缚作用能阻止基体屈服。颗粒复合材料的强度取决于颗粒的直径、间距和体积比，但基体性能很重要。另外，此材料性能对界面性能及颗粒排列的几何形状十分敏感【l “。这些金属陶瓷的主要代表为w c 、t i c 和s i c 等碳化物，它们与粘结金属一起构成现代特硬合金的基础。其它还有诸如a 1 2 0 ，等氧化物。1 2 3 典型耐磨陶瓷材料金属陶瓷的种类很多。包括金属的氧化物、碳化物、氮化物和硼化物等，而粘接相有f e 、c o 和n i 等。其中应用最多的有碳化钨、碳化硅、氧化铝等。( 1 ) 碳化钨w c 是近代金属陶瓷硬质合金的重要组份，是硬度仅次于金刚石的超硬材料，工业应用非常广泛。作为制备高性能耐磨涂层的理想材料，w c 适用于非高温环境下的磨粒磨损、耐表面疲劳磨损以及耐冲蚀磨损的场合。为获得高硬度、高强度、耐裂纹性、耐磨性和其它性能的硬质合金，往往取决于合金基体和金属相的选择。对该种化学成分的合金，这些性能大多取决于基体和粘结相的结构特性、它们的结构一致性和彼此间的相互作用，从而形成由基体颗粒组成的骨架和相间边界上的坚固键【l4 1 。实际应用中通常采用w c c o 硬质合金作为耐磨层，也可用f e 作粘接相的w c 耐磨层。在耐磨材料的的应用中，采用最多的是喷涂的加工工艺，这种方法制备的耐磨层厚度很小，不适合疏浚装备的工况条件。其它的制备方法如：手工电弧焊、高频堆焊、氧乙炔堆焊等方法，其工艺尚不成熟，应用并不广泛。对于较厚的w c 耐磨层，现在还没有一种有效阻止w c 在成型过程中氧化烧损的方法。这是一个亟待研究的课题。其它的金属陶瓷的制备工艺都存在着与w c 金属4武汉理工大学硕士学位论文者的优点结合，研制出高性能的金属陶瓷复合材料( 又称为金属陶质合金) 。仅耐磨性而言，金属陶瓷复合材料比传统的耐磨材料有更高的耐磨性，它有陶瓷材料的高耐磨性，却又避免了陶瓷材料的易脆性。金属陶瓷是以金属为基体，把耐热性好、硬度高的金属氧化物、碳化物、氮化物等复合在一起的复合材料，既有陶瓷的硬度、耐热性好的优点，又有金属耐冲击的优点【l 孙。金属陶瓷复合耐磨材料的增强体类型通常是颗粒增强。颗粒增强是指弥散的硬质增强相的体积超过2 0 的复合材料，而不包括弥散质点体积比很低的弥散强化金属。这类复合材料的颗粒直径和颗粒间距很大般大于1um ，其增强相是主要的承载相，而基体的作用在于传递承载和便于加工，硬质增强相造成的对基体的束缚作用能阻止基体屈服。颗粒复合材料的强度取决于颗粒的直径、间距和体积比，但基体性能很重要。另外，此材料性能对界面性能及颗粒排列的几何形状十分敏感【l “。这些金属陶瓷的主要代表为w c 、t i c 和s i c 等碳化物，它们与粘结金属一起构成现代特硬合金的基础。其它还有诸如a 1 2 0 ，等氧化物。1 2 3 典型耐磨陶瓷材料金属陶瓷的种类很多。包括金属的氧化物、碳化物、氮化物和硼化物等，而粘接相有f e 、c o 和n i 等。其中应用最多的有碳化钨、碳化硅、氧化铝等。( 1 ) 碳化钨w c 是近代金属陶瓷硬质合金的重要组份，是硬度仅次于金刚石的超硬材料，工业应用非常广泛。作为制备高性能耐磨涂层的理想材料，w c 适用于非高温环境下的磨粒磨损、耐表面疲劳磨损以及耐冲蚀磨损的场合。为获得高硬度、高强度、耐裂纹性、耐磨性和其它性能的硬质合金，往往取决于合金基体和金属相的选择。对该种化学成分的合金，这些性能大多取决于基体和粘结相的结构特性、它们的结构一致性和彼此间的相互作用，从而形成由基体颗粒组成的骨架和相间边界上的坚固键【l4 1 。实际应用中通常采用w c c o 硬质合金作为耐磨层，也可用f e 作粘接相的w c 耐磨层。在耐磨材料的的应用中，采用最多的是喷涂的加工工艺，这种方法制备的耐磨层厚度很小，不适合疏浚装备的工况条件。其它的制备方法如：手工电弧焊、高频堆焊、氧乙炔堆焊等方法，其工艺尚不成熟，应用并不广泛。对于较厚的w c 耐磨层，现在还没有一种有效阻止w c 在成型过程中氧化烧损的方法。这是一个亟待研究的课题。其它的金属陶瓷的制备工艺都存在着与w c 金属4武汉理工大学硕士学位论文陶瓷相类似的问题。( 2 ) 碳化硅碳化硅现在已被广泛的应用于工业材料中。它一般是作为辅助材料加入基体相强化其耐磨性的。尤其是s i c 增强铝基复合材料，它具有比铝合金更高的比强度和比模量、耐高温、耐磨损及尺寸稳定性好等优点，广泛应用于航天、航空和汽车工业等领域【l5 1 。s i c 增强铝基复合材料的摩擦学性能随着s i c 增强体体积分数的升高而改善，且有最佳的耐磨体积分数；s i c w 晶须增强铝复合材料比s i c p 颗粒增强铝复合材料具有更高的耐磨性。s i c 还可以增强a l 基复合材料的摩擦磨损性能。另外还有一种以n i 为粘结相的镍碳化硅复合材料( s i s i c n i ) ，加入镍可改善反应烧结碳化硅的干摩擦磨损性能，并且使得复合材料在6 0 0 下的磨损机理转变为亚表面的裂纹扩展及其最终造成的磨损表面局部剥落i l “。( 3 ) 氧化铝氧化铝陶瓷的等离子喷涂在机械和航空领域已获得了较为广泛的应用，喷涂材料一般选用陶瓷粉末。在a 1 2 0 3 粉末中掺入t i 0 2 可减少涂层的孔隙率，提高强度、韧性和耐磨性。任靖日等人研究了a 1 2 0 3 4 0 t i 0 2 等离子喷涂层的铸铝合金表面的摩擦磨损特性【1 8 】。何艳玲等人研究了a 1 2 0 3 在4 5 钢表面等离子喷涂的耐磨性【1 。国外对氧化铝陶瓷的耐磨性研究相对较多【2 0 】【2 4 】，这些a 1 2 0 3 金属陶瓷耐磨层的制备方法都是采用等离子喷涂，并且有些文章着重分析了不同的界面结构，从微细结构直至纳米结构对其摩擦性能的影响等。氧化铝陶瓷除了粉末状外，还有陶瓷纤维形状，但这种纤维很少应用于耐磨材料，这是因为a 1 2 0 3 等纤维对磨损非常敏感，这种缺点对一般的复合工艺有不利影响i i “。1 2 4 绞刀修复材料应用现状在中华人民共和国交通行业标准绞吸式挖泥船专用设备修理技术要求等3 8 项交通行业标准汇编中，对泥浆泵外壳、泥浆泵叶轮、绞刀等的修理都作出了具体的技术要求。下面重点介绍绞刀材料，如表1 1 【2 5 】。在行业标准中推荐的绞刀片、绞刀本体材料为：绞刀片：z g m n l 3 ；z g 2 3 0 4 5 0 h ( 堆焊或喷焊) ；绞刀本体：z g 2 3 0 4 5 0 h ；z g 2 7 5 4 8 5 h 。绞刀类型主要有开式，闭式及活络式( 巾2 5 0 0 m m ) 。5武汉理工大学硕士学位论文陶瓷相类似的问题。( 2 ) 碳化硅碳化硅现在已被广泛的应用于工业材料中。它一般是作为辅助材料加入基体相强化其耐磨性的。尤其是s i c 增强铝基复合材料，它具有比铝合金更高的比强度和比模量、耐高温、耐磨损及尺寸稳定性好等优点，广泛应用于航天、航空和汽车工业等领域【l5 1 。s i c 增强铝基复合材料的摩擦学性能随着s i c 增强体体积分数的升高而改善，且有最佳的耐磨体积分数；s i c w 晶须增强铝复合材料比s i c p 颗粒增强铝复合材料具有更高的耐磨性。s i c 还可以增强a l 基复合材料的摩擦磨损性能。另外还有一种以n i 为粘结相的镍碳化硅复合材料( s i s i c n i ) ，加入镍可改善反应烧结碳化硅的干摩擦磨损性能，并且使得复合材料在6 0 0 下的磨损机理转变为亚表面的裂纹扩展及其最终造成的磨损表面局部剥落i l “。( 3 ) 氧化铝氧化铝陶瓷的等离子喷涂在机械和航空领域已获得了较为广泛的应用，喷涂材料一般选用陶瓷粉末。在a 1 2 0 3 粉末中掺入t i 0 2 可减少涂层的孔隙率，提高强度、韧性和耐磨性。任靖日等人研究了a 1 2 0 3 4 0 t i 0 2 等离子喷涂层的铸铝合金表面的摩擦磨损特性【1 8 】。何艳玲等人研究了a 1 2 0 3 在4 5 钢表面等离子喷涂的耐磨性【1 。国外对氧化铝陶瓷的耐磨性研究相对较多【2 0 】【2 4 】，这些a 1 2 0 3 金属陶瓷耐磨层的制备方法都是采用等离子喷涂，并且有些文章着重分析了不同的界面结构，从微细结构直至纳米结构对其摩擦性能的影响等。氧化铝陶瓷除了粉末状外，还有陶瓷纤维形状，但这种纤维很少应用于耐磨材料，这是因为a 1 2 0 3 等纤维对磨损非常敏感，这种缺点对一般的复合工艺有不利影响i i “。1 2 4 绞刀修复材料应用现状在中华人民共和国交通行业标准绞吸式挖泥船专用设备修理技术要求等3 8 项交通行业标准汇编中，对泥浆泵外壳、泥浆泵叶轮、绞刀等的修理都作出了具体的技术要求。下面重点介绍绞刀材料，如表1 1 【2 5 】。在行业标准中推荐的绞刀片、绞刀本体材料为：绞刀片：z g m n l 3 ；z g 2 3 0 4 5 0 h ( 堆焊或喷焊) ；绞刀本体：z g 2 3 0 4 5 0 h ；z g 2 7 5 4 8 5 h 。绞刀类型主要有开式，闭式及活络式( 巾2 5 0 0 m m ) 。5武汉理工大学硕士学位论文闭式绞刀( 1 7 5 0 吸扬1 4 号) 中的活络式绞刀为锥齿形，矩形齿绞刀为平口梯形齿。其中：锥形齿绞刀的轮廓尺寸为由$ l = 2 7 8 1 7 5 ( m )矩形齿巾札= 2 5 0 1 5 0 ( m )刀本体为铸钢材料，刀齿为耐磨材料，国内刀齿订货选材一般用3 5 s i m n ，其化学成份见表卜2 。使用中发现，刀片上不同区段的磨损也不一样n 一般来说，前段：中段：后段：的磨损比例3 ：2 ：1 ，所以，准备刀片配件也基本上按此比例进行，如前段2 3 块，中段2 块，后段一块。表卜1 绞刀的修理方案零件材料修理缺陷部位修理方案高锰钢刀片切削齿将严重磨损齿部切除并修理焊接坡口。将高锰钢铸件或成型锻件与绞刀片剩余部锯齿形刀片严重磨损位进行对接焊焊接或可拆式刀齿的按原材料换新刀齿；在刀齿切削磨擦表面耐磨钢刀齿严重磨损堆焊材料或喷焊耐磨自熔合金粉末锻钢或铸钢可拆式开式、闭式绞刀整片换新。或将刀成型刀片片切削磨