張國(guó)洪

摘要：我國(guó)作為世界最大的電梯制造國(guó)，在新增加數(shù)量方面都居于世界第一的大國(guó)，中國(guó)理應(yīng)對(duì)新型材料更廣泛應(yīng)用于電梯設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)?，F(xiàn)就新型鎳基復(fù)合材料在曳引機(jī)中的應(yīng)用展開(kāi)論述。

關(guān)鍵詞：鎳基復(fù)合材料；性能分析；應(yīng)用

在現(xiàn)代社會(huì)高速發(fā)展下，材料的進(jìn)步亦都是日新月異，生物材料、高溫與結(jié)構(gòu)材料、納米材料、信息功能材料、智能材料等各種新型的材料成為全世界21世紀(jì)爭(zhēng)相發(fā)展和研究的對(duì)象。而我國(guó)電梯蝸輪蝸桿的材料一般用合金鋼或碳鋼制成，大部分蝸輪蝸桿經(jīng)滲碳淬火等熱處理獲得較高的硬度，而其中含鎳滲碳鋼具有良好的高溫抗氧化性以及較高的機(jī)械強(qiáng)度，具有廣泛的應(yīng)用。

1 鎳基復(fù)合材料發(fā)展

鎳基高溫合金[1] （以下簡(jiǎn)稱鎳基合金）是20世紀(jì)30年代后期開(kāi)始研制的。英國(guó)于1941年首先生產(chǎn)出鎳基合金Nimonic 75（Ni-20Cr-0.4Ti）；為了提高蠕變強(qiáng)度又添加鋁，研制出Nimonic 80（Ni-20Cr-2.5Ti-1.3Al）。對(duì)于鎳基合金美國(guó)在20世紀(jì)40年代中期地時(shí)候就開(kāi)始了研制，而蘇聯(lián)晚于美國(guó)30多年的時(shí)間于這方面，而我國(guó)則遲了美國(guó)差不多100年才開(kāi)始著手研制鎳基合金。對(duì)于鎳基合金的發(fā)展是關(guān)于一個(gè)合金成分的改進(jìn)和生產(chǎn)工藝的變革更新過(guò)程。在20世紀(jì)50年代初，由于真空熔煉技術(shù)我們煉制出含高鋁和鈦的鎳基合金。直到了20世紀(jì)50年代后期，我們社會(huì)的發(fā)展需要高工作溫度的渦輪葉片，需要合金有更高的工作強(qiáng)度，并且需要合金更高的抗變形能力，于是有了熔模精密鑄造工藝，一系列具有良好高溫強(qiáng)度的鑄造合金陸續(xù)發(fā)展出來(lái)。然后20世紀(jì)60年代中期社會(huì)的高速發(fā)展，輪船業(yè)、燃?xì)夤I(yè)的發(fā)展需求定向結(jié)晶和單晶高溫合金以及粉末冶金高溫合金就出現(xiàn)了。我們可以看出從20世紀(jì)40年代初到70年代末大約40年的時(shí)間內(nèi)，鎳基合金的工作溫度從 700℃提高到1100℃，平均每年提高10℃左右。鎳基高溫合金的發(fā)展趨勢(shì)見(jiàn)圖1[2]。

根據(jù)大量的研究表明相比與傳統(tǒng)的鑄鍛高溫合金，粉末高溫合金具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，例如，它無(wú)宏觀偏析，內(nèi)部組織比較均勻，具有一定的屈服強(qiáng)度高和抗疲勞性等。在現(xiàn)代社會(huì)不斷革新下鎳基粉末高溫合金材料已廣泛用于各行各業(yè)發(fā)展中。尤其是世界各國(guó)的航空航天事業(yè)，各種發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪盤的研制和生產(chǎn)中。

2 鎳基復(fù)合材料性能分析

鎳是一種有著不可替代作用的有色金屬，含鎳量濃度較高時(shí)會(huì)有很高的塑性和強(qiáng)度，并且鎳的耐蝕性對(duì)許多浸蝕性介質(zhì)均有良好的效果，它在堿性溶液中是非常穩(wěn)定的，在硝酸中也時(shí)不那么容易溶解。所以石油化工等相關(guān)行業(yè)都應(yīng)用到鎳及鎳基合金。而鎳合金它優(yōu)良的耐熱性和熱強(qiáng)性能，我們也廣泛應(yīng)用到航空工業(yè)中。在核反應(yīng)堆工程中高鎳合金應(yīng)用甚廣，如換熱器等設(shè)備為了避免應(yīng)力腐蝕。目前國(guó)外廣泛采用因康鎳600或因康洛依800等材料代替Cr18Ni9Ti不銹鋼。因?yàn)殒噷?duì)酸有較好的耐蝕性，故在制造濃縮鈾的核燃料擴(kuò)散廠中，也大量應(yīng)用鎳[3]。

為了更好分析鎳基粉末合金復(fù)合材料性能，在華南理工大學(xué)材料實(shí)驗(yàn)室和倪東惠老師的精心指導(dǎo)下進(jìn)行相關(guān)研究。采用Ti、Si、C三種元素粉末高能球磨制備出純度較高的鈦硅碳混合物。利用相關(guān)的溫壓工藝和自制的鈦硅碳混合粉末溫壓制備鎳基粉末冶金復(fù)合材料（四種不同的鈦硅碳粉末含量的鎳基材料）并分析其相關(guān)性能參數(shù)規(guī)律。

所制備出的鈦硅碳混合物的配粉方案是：Ti、Si、C三種粉末按照質(zhì)量比為0.42：0.23：0.35配制。它們采用高能球磨的方法制備鈦硅碳混合物，并進(jìn)行混粉，且對(duì)有需要的混和粉末添加黏結(jié)劑，然后經(jīng)過(guò)研磨得出所需。最后我們把制備出的鈦硅碳混合物與純鎳混和，經(jīng)過(guò)壓制與燒結(jié)，得出我們實(shí)驗(yàn)所需的鎳基粉末合金復(fù)合材料。

實(shí)驗(yàn)后對(duì)鎳基粉末冶金材料的的探索表明：溫壓制備的鎳基粉末冶金材料的生坯密度、燒結(jié)后密度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、布氏硬度和電阻率都與其增強(qiáng)體含量密切相關(guān)。鎳基粉末合金復(fù)合材料的生坯密度和燒結(jié)密度和抗拉強(qiáng)度隨著增強(qiáng)體含量的增加而不斷降低。相反，鎳基粉末冶金合金的布氏硬度和電阻率由于增強(qiáng)體的加入而都大大地提高了。同樣我們還得出沒(méi)有添加黏結(jié)劑的鎳基粉末冶金復(fù)合材料試件的密度、抗拉強(qiáng)度、延伸率和電阻率都比同種同樣含量的鎳基粉末冶金復(fù)合材料低，而硬度卻比添加黏結(jié)劑鎳基粉末冶金復(fù)合材料試件的高。

我們?cè)阪嚮辖鸢l(fā)現(xiàn)由于它對(duì)合金元素的較多溶解，并且能對(duì)組織穩(wěn)定性的較好保持；同時(shí)能使合金得到有效的強(qiáng)化，獲得比鐵基高溫合金和鈷基高溫合金更高的高溫強(qiáng)度；而且鎳基合金具有比鐵基高溫合金更好的抗氧化和抗燃?xì)飧g能力。

根據(jù)世界各國(guó)在幾十年間對(duì)鎳基合金不斷地研究和探索下使得它在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)得到充分的應(yīng)用并且在鎳基鑄造高溫合金中發(fā)展出了定向結(jié)晶渦輪葉片和單晶渦輪葉片，而在相關(guān)方面表明這種定向結(jié)晶葉片能有效消除一定的空洞和裂紋敏感的橫向晶界，使得內(nèi)部全部的晶界能夠平行于應(yīng)力軸的方向，從而大大地改善了合金使用性能。而這種單晶葉片能消除全部晶界，而且對(duì)于晶界強(qiáng)化元素我們以后可以不必再加入了，另一方面又能升高合金的初熔相對(duì)溫度，從而提高了合金的高溫強(qiáng)度，并且合金的綜合性能進(jìn)一步改善了。

3 結(jié)束語(yǔ)

鎳基復(fù)合材料，具有良好的導(dǎo)電性、高溫抗氧化性以及較高的機(jī)械強(qiáng)度，具有廣闊的應(yīng)用前景。主要應(yīng)用鎳合金具有耐熱性和熱強(qiáng)性能，它具有組織均勻，無(wú)宏觀偏析等優(yōu)點(diǎn)，用其制造電梯渦輪等關(guān)鍵部件可以滿足先進(jìn)高推比發(fā)動(dòng)機(jī)的要求。它將為高速電梯事業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]中國(guó)大百科全書.鎳基高溫合金[Z].

[2]上海有色金屬網(wǎng)論壇.廢金屬：鎳基高溫合金[EB/OL].2001.

[3]鎳粉需求看好[J].四川有色金屬，2001，（01）.