寻找用于低温球磨机杯和球的最佳材料

我正在处理一组合金，这些合金必须先在低温下的球磨机中磨碎。重要的是不要让污染物进入材料，并采取谨慎的步骤以确保达到这一目的。

不幸的是，当我们通过RBS实验室运行一组样本，然后再次通过PIXE运行时，我们发现我们受到了Fe和Cr的污染。最初，人们认为它来自用于准备样品的切割工具，因此我们运行了另一个使用EDM切割的样品。结果是相同的。材料与不锈钢的唯一其他接触来自球磨步骤。

我们一直在使用440C作为杯子和球，但是316L似乎更适合此应用。我知道440C在低温下通常不能很好地工作，但这是其他实验室一直在使用的，因此我们并不期望出现这种类型的问题。

对于新的杯子和球材料，要考虑的一些因素是可加工性，成本，可用性，低温性能，抗振动和疲劳性以及密封能力（杯子在惰性Ar气氛中填充）。另一种可能性是对当前440C材料进行热处理，但是我不确定在这方面最好的方法是什么。

如果成本不是一个极端的目标，那么使用Co + WC化妆粉对您的球污染最小，并使用冷冻塑料杯在球和杯之间进行声波研磨。

WC具有极高的热稳定性，并且具有极高的表面硬度（更不用说密度了）。只要您的Co粘合剂能够承受压力（或者您可以找到其他合适的粘合剂），由于铣刨球的密度和硬度增加，您应该享受到更低的污染以及加速的铣削时间/效率。

WC容易以粉末形式获得，可以使用任何能够加热和注入熔融Co（或Ni）以使其“湿润”的机器进行成型和烧结。Ofc，如果Co因污染或加工成本而无法使用，则可以始终使用低排气，低温额定值的环氧树脂湿润/粘结WC粉（无论如何，效果可能会更好，因为我认为更多）。

我在“答案”或“评论”之间进行了辩论，但最终我认为这更像是一个答案-尽管不完美。

在我看来，您要解决的主要问题是防止球磨过程中材料从球/杯等处转移。我认为您不一定需要更改材料，甚至可能只需在现有组件上添加PVD或CVD涂层就可以摆脱困境。

首先想到DLC（类金刚石碳）涂层，

但是，我认为有很多涂料可以为您提供良好的服务。DLC涂层非常坚硬且耐磨（正如“类金刚石”的名称所暗示的）。它们不会剥落或剥落，虽然我不知道最终用途或“无污染”要求的性质，但这些涂料对几乎所有有机和合成化学物质都是完全惰性的，而对于好。

对于此应用程序，我认为ta-C或可能的ta-C：H涂层可以很好地工作。另一个应该具有极高的硬度和耐磨性但我没有亲身经历的DLC是UNCD（超微晶金刚石）。

您可能还会发现更传统的工具涂层，例如TiN或TiAlN可能适合您-我无法就适合您的应用的最佳涂层提出建议。我不是涂料工程师，只是过去在我自己的应用中使用这些类型涂料的丰富经验的工程师：）

440C的主要优点是其高淬透性

440C的最大硬度约为60洛氏硬度C，可以与许多工具钢匹敌。

听起来您在退火状态下使用这种材料，这对我来说是个问题。通常选择这种材料是因为它具有很高的淬透性-就我所知，它通常不用于退火状态。

听起来您选择了这种材料是因为它在其他类似设计中也很常用。我想知道这些设计中使用哪种材料。

如果您可以使用其他设计之一的某些440C组件，我将进行洛氏测试，以查看是否经过了热处理。我会把钱花在热处理上。退火后的材料可能在20年代至30年代的洛氏硬度C，而热处理过的材料将在50年代。

如果您确实打算进行洛氏测试，请尝试在具有平坦表面的组件上进行测试，因为球体可能很难测试且读数不准确。

对于从热处理开始的地方，我发现Carpenter的数据表通常相当可靠。他们对440C的建议是：

• HARDEN： 加热至1850 /1950ºF（1010 /1066ºC）；浸泡; 用温油淬火或用空气冷却。硬度约为60HRC。请勿过热，否则将无法获得最大硬度。
• 回火：为了消除峰值应力并保持最大硬度，请在300 /350ºF（149 /177ºC）下回火至少一小时。

如果您想进行热处理，我可能会从这里开始。

我认为316不是一个好选择

因为它是比440C软得多（更胶凝的材料），我认为这会激怒材料转移问题。

现在我说这不是一个完美的答案，

因为我不知道它直接回答了您的问题。它为可能的解决方案提供了一条途径，但是它还不完善，因为您需要与涂料专家讨论您的应用的确切需求，然后看看他们说了什么。

例如，我不知道这些涂层在低温下的性能如何，或者哪种涂层最适合您的球磨工艺中使用的磨料。

我知道我已经使用DLC涂料解决了我工作中的一些独特问题，并且它们使我能够做一些我认为无法找到的替代方法。

我还想说，找到一个信誉良好且可靠的涂料供应商是为我应用这项技术的最难部分。因为这可能是一个艰巨的挑战，所以我仅作为一个起点提供建议，除了我自己在欧瑞康巴尔查斯（Oerlikon Balzers）方面有很好的经验外，我没有进一步的认可。我不知道推荐供应商的政策，并且我与任何供应商都没有关系-因此，如果违反任何政策，请随时编辑此答案以删除供应商名称。

无论您选择与谁进行业务往来，我都强烈建议与他们的一位应用工程师讨论您的应用的特定需求，并查看他们推荐的涂层。

总结思想

PVD / CVD涂层具有摩擦学性质-它们影响与其他材料的界面，但不会改变基础基材的性能。

当我们谈论轴承设计时，有一个通常称为嵌入性的属性。这基本上是指轴承材料吸收（或嵌入自身）异物的能力。

在不了解设计本质的情况下，我的直觉告诉我您不希望这种情况发生，因为这意味着您的球/杯等将嵌入您要研磨的一定数量的合金。在我看来，这似乎不太可取。这是我认为316选择不佳的另一个原因。

为了降低可嵌入性，您需要更硬的基材。

我对您的建议是先对440C组件进行热处理，然后再涂覆PVD涂层，以获得适合您应用的最佳性能组合。我一定会和涂料工程师谈谈哪种涂料适合您的应用（例如温度，材料相容性等）。

我推荐氧化铝球（虽然不是钢合金）。

我使用5吨容量的球磨机，在实验室（250克）中使用氧化铝球的锅磨机。

我认为氧化铝球是惰性的（已经被氧化），因此即使它们会引入一些杂质，我也不认为这会像Fe和Cr那样对化学合金产生影响。

对于氧化铝球，磨损率非常低。日常使用仅需要每3个月定期补充一次球。

氧化铝球也可用于低温（CMIIW）。但是要记住一点：研磨后，锅磨机的温度将非常高（几乎沸腾），因此可能难以保持低温。