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通过粉末冶金法,制备了316L不锈钢体积含量为10％～50％五种不同成分的圆柱形316L/PSZ复合材料。为了改善生坯的压实均匀性,提高生坯相对密度,探讨了较合适的粘结剂配比和准双向压制方法。研究了316L不锈钢体积含量对复合材料密度、相对密度、烧结收缩率、显微组织、洛氏硬度、显微硬度、压缩强度和断裂韧性的影响。在MRH-3型高速环块磨损试验机上进行线摩擦磨损试验,研究复合材料与T10钢(HRC45)及4Cr5MoSiV热作模具钢(HRC50)在干摩擦条件下同GCr15钢对摩时的摩擦磨损性能,讨论316L不锈钢体积含量、对偶环转速和磨损时间对复合材料耐磨性的影响,同时对316L/PSZ复合材料的摩擦磨损机理进行初步探索。
结果表明：随着316L不锈钢体积含量的增加,复合材料的密度和相对密度逐渐增大,烧结收缩率则逐渐降低,整体硬度值下降,复合材料中氧化锆基体的显微硬度略有下降,而弥散的316L不锈钢颗粒的显微硬度变化不大。在本文的研究条件下,所制备复合材料的相对密度值在93.52％～96.66％之间。
除20vol％316L试样外,随不锈钢体积含量的增加,复合材料的压缩强度逐渐增大。当316L不锈钢含量在10％～40vol％之间,破坏形式为脆性断裂；而当316L颗粒含量为50vol％时,复合材料压缩强度为765MPa,破坏形式类似于塑性金属剪切变形断裂。
通过压痕法测试复合材料的断裂韧性,发现随316L不锈钢体积分数的增大,复合材料的断裂韧性有不断提高的趋势。在9.807N和19.614N载荷下,10％316L和20％316L的断裂韧性值基本接近,集中在15.25～27.12MN·m-3/2,30％316L的断裂韧性值的范围为17.22～34.29MN·m-3/2,相对10％316L和20％316L材料的KIC值提高近20％。
当磨损时间和对偶环转速一定时,随着316L不锈钢体积含量的增多,复合材料的耐磨性下降；当316L不锈钢体积含量和磨损时间一定时,随对偶环转速的提高,复合材料的耐磨性下降；当316L不锈钢体积含量和对偶环转速一定时,随磨损时间的延长,复合材料的耐磨性下降。316L/PSZ复合材料磨损失效机制主要是氧化锆基体脆性剥落和微观切削。在本文的研究条件下,316L/PSZ复合材料耐磨性能优于T10钢(HRC45),约为T10钢(HRC45)的3～10倍。