1、金属耐磨材料
1)中高碳合金钢中高碳合金钢包括以42CrMo为代表的超高强度钢，以GCr15为代表的轴承钢，以38CrMoAl为代表的氮化钢和以9Cr6W3M02V2为代表的冷作模具钢。
42CrMo属于超高强度钢，具有高强度和良好的韧性，淬透性也较好，无明显的回火脆性，感应淬火，表面硬度可达到HRC52，调质后渗氮，表面硬度可达到HRC58左右，调质处理后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力，低温冲击韧性良好。
GCr15是一种合金含量较少、具有良好性能的高碳铬轴承钢。经过淬火加回火后具有高而均匀的硬度，其表面硬度可达到HRC56左右，碳氮共渗后表面硬度可达HRC61左右，具有良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。该钢冷加工塑性中等，切削性能一般，焊接性能差，有回火脆性。
38CrMoAl是专用氮化钢，具有高的表面硬度、耐磨性及疲劳强度，并具有良好的耐热性及耐腐蚀性038CrMoAl氮化速度较快，氮化后的表面硬度可以达到HRC62左右，可以得到较深的氮化层深度，但氮化层的脆性相对较大。因此适合于制作高耐磨性、高疲劳强度的氮化零件，不适合制作如磨盘、辊轮等受冲击较大的部件。
9Cr6W3M02V2简祢GM钢，属于高耐磨、高强韧的冷作模具钢。此类钢中碳和铬的含量相对较低，改善了碳化物的不均匀性，提高了韧性；适当增加了w、Mo、V等合金元素的含量，从而增强了二次硬化能力（硬度可达HRC61左右）和磨损抗力。所以，此类钢在具有良好的强韧性的同时，还有优良的耐磨性和较好的综合性能。
中高碳合金钢的优点是强度高，经过调质及渗碳、渗氮处理后，表面硬度一般都可以达到HRC60左右，硬度较高，具有良好的耐磨性。其缺点是加工性能较差，一般热处理后韧性较差，因此中高碳合金钢适合于制作主要磨损部位的耐磨部件，如成型管的衬套套管等，可以较好地改善成型设备的耐磨性，在使用中应该注意成型模具的设计，避免其受到直接的冲击。
2)不锈钢
在解决生物质颗粒燃料成型设备的磨损问题中，不锈钢的使用收到了较好的效果。使用较好的不锈钢以4Cr13为代表，属马氏体不锈钢，因含碳较高，故具有较高的强度、硬度和耐磨性。典型的加工工艺为数控枪钻机床钻孔和真空气淬炉热处理（氮气冷却），回火后表面硬度可以达到HRC58左右，心部硬度可以达到HRC52。
不锈钢经过热处理后，具有较好的综合性能。与低合金钢和中高碳合金钢作比较，低合金耐磨钢虽然韧性较好，易加工，耐腐蚀，耐冲击，但其缺点是热处理后硬度较低，耐磨性能相对一般；中高碳合金钢虽然硬度高，耐磨性能好，但其加工性能一般，韧性较差，不耐冲击，易发生开裂；不锈钢则综合了两者的优点，韧性好，耐腐蚀，易加工，热处理后其硬度与耐磨性均较好，收到了较好的使用效果。缺点是价格较高，初期成本较高，但由于其使用修复周期较长，平均到生产使用的吨成本里，价格反而较低。因此高铬不锈钢的推广应用，可以在很大程度上改善成型设备的快速磨损问题。但要想从根本上改变生物质颗粒燃料成型设备的快速磨损现状，还是应该从高耐磨的非金属材料人手。常用的几种金属材料的性能见表6.8。
2、非金属耐磨材料
高硬度非金属耐磨材料中，主要以陶瓷耐磨材料为主。20世纪后期随着许多新技术的兴起，人们对材料结构和性能之间的关系有了深刻认识。通过控制材料的化学成分和微观组织结构，研制出了许多具有不同性能的陶瓷材料。这些陶瓷材料的强度比普通金属材料要高许多倍，而且其本身具备的优异的耐磨、耐高温、耐腐蚀等特性，使其在许多重要领域得到了越来越广泛的应用。
1)陶瓷材料的基本力学性能
陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。常用的陶瓷材料主要包括金属与硼、碳、硅、氮、氧等非金属元素组成的化合物，以及非金属元素所组成的化合物，如硼和硅的碳化物和氮化物等，陶瓷材料的力学强度很高，且在高温下的衰退很小，而且还具有抗氧化和耐腐蚀性能。因为陶瓷材料的原子键主要有共价键和离子键两大类，且多数具有双重性，与金属或合金的金属键结合力有本质区别，因此，陶瓷材料的力学性能与金属或合金的力学性能存在很大差别。共价键晶体结构的主要特点是键具有方向性。它使晶体拥有较高的抗晶格畸变和阻碍位错运动的能力，使共价键陶瓷具有比金属高得多的硬度和弹性模量。离子键晶体结构的键方向性不明显，但滑移系不仅要受到密排面与密排方向的限制，而且还要受到静电作用力的限制，因此，实际可动滑移系较少，其弹性模量也较高。
陶瓷的两种结合键在室温下的塑性有限，因而其延展性低于金属。尽管陶瓷接触表面之间也存在共价键、离子键或范德华力引起的黏着力，但因其实际接触面积很小，故摩擦因数低于空气中的金属滑动。陶瓷的摩擦主要受断裂韧度的影响。陶瓷的断裂韧度增大时，摩擦因数随之降低。载荷、滑动速度、温度和实验持续时间影响陶瓷的摩擦性能，这通常是表面摩擦化学膜和接触区断裂程度的变化所致。另外，载荷和滑动速度影响摩擦能量的耗散率和接触界面的温度也是一种原因。
2)常用的陶瓷耐磨材料
A．氧化铝（Al203）陶瓷氧化铝为白色结晶性粉末，密度3. 97 g/cm3。氧化铝陶瓷又称为刚玉，一般以a—Al2 03为主晶相，晶格中，氧离子为六方紧密堆积，铝离子对称地分布在氧离子围成的八面体配位中心，晶格能很大，故熔点、沸点很高。根据氧化铝含量和添加剂的不同，有不同系列。
氧化铝陶瓷与大多数熔融金属不发生反应，只有Mg、Ca.、Zr和Ti在一定温度以上对粪有还原作用；热的硫酸能溶解氧化铝，热的HC1、HF对其也有一定腐蚀作、用！氧化铝陶瓷的蒸气压和分解压都是最小的。由于氧化铝陶瓷优异的化学稳定性，司广泛地用于耐酸泵叶轮、泵体、泵盖、轴套，输送酸的管道内衬和阀门等。
氧化铝陶瓷的优点是化学性质稳定、机械强度高，其莫氏硬度可以达到9，价格也相对便宜，因此得到广泛使用。缺点是韧性较差。
B．氧化锆(2r02)陶瓷
纯净的氧化锆是白色固体，含有杂质时会显现灰色或淡黄色。纯氧化锆的相对分子质量为123. 22，理论密度是5.89g/cm3，熔点为2715℃。氧化锆有三种晶体形态：单斜、四方、立方晶相。常温下氧化锆只以单斜相出现，加热到1100℃左右转变为四方相，加热到更高温度会转化为立方相。
氧化锆的优点是硬度较高，莫氏硬度7.5，比热与导热系数小，高温结构强度高，化学稳定性好，断裂韧性较好，抗热震性能较好。有时和氧化铝陶瓷一起烧结以改善氧化铝陶瓷的韧性。价格比氧化铝陶瓷要高一些。
C．氮化硅(Si3 N4)陶瓷
氮化硅呈灰色、白色或灰白色。六方晶系。晶体呈六面体。密度3. 44g/cm3。氮化硅陶瓷制品的生产方法有两种，即反应烧结法和热压烧结法。通常热压烧结法制得的产品比反应烧结制得的产品密度高，性能好。
氮化硅的强度很高，尤其是热压氮化硅，莫氏硬度可以达到9～9.5，是世界上最坚硬的物质之一。它极耐高温，强度一直可以维持到1200℃的高温而不下降，受热后不会熔成液体，一直到1900℃才会分解，并有惊人的耐化学腐蚀性能，能耐几乎所有的无机酸和30%以下的烧碱溶液，也能耐很多有机酸的腐蚀；同时又是一种高性能电绝缘材料。氮化硅陶瓷材料的热膨胀系数小，具有较好的抗热震性能；在陶瓷材料中，氮化硅的弯曲强度比较高，硬度也很高，同时具有自润滑性，摩擦系数小，与加油的金属表面相似，作为机械耐磨材料使用具有较大的潜力。
D．金属陶瓷
金属陶瓷是由陶瓷和黏接金属组成的非均质的复合材料。陶瓷主要是氧化铝、氧化锆等耐高温氧化物或它们的固溶体，黏接金属主要是铬、钼、钨、钛等高熔点金属。将陶瓷和黏接金属研磨混合均匀，成型后在不活泼气氛中烧结，就可制得金属陶瓷。金属陶瓷兼有金属和陶瓷的优点，它密度小、硬度高、耐磨、导热性好，不会因为骤冷或骤热而脆裂。金属陶瓷既具有金属的韧性、高导热性和良好的热稳定性，又具有陶瓷的耐高温、耐腐蚀和耐磨损等特性。缺点是价格较高。
常用陶瓷耐磨材料的耐磨性能见下表：
| 性能 | 氧化铝 | 氧化锆 | 金属陶瓷 | 氧化硅 |
| 抗热振性 | 差 | 差 | 好 | 好 |
| 抗热应力 | 差 | 差 | 好 | 好 |
| 机械韧性 | 差 | 中 | 好 | 中 |
| 加工性能 | 中 | 差 | 中 | 好 |
| 耐磨性 | 好 | 好 | 好 | 好 |
| 耐腐蚀性 | 好 | 好 | 中 | 好 |
陶瓷耐磨材料在生物质颗粒燃料成型设备上的应用目前还处于初试阶段，河南农业大学分别在活塞冲压式成型颗粒机和平模式成型颗粒机上对陶瓷耐磨材料的使用进行了实验，收到了良好的效果。
A．陶瓷耐磨材料在活塞冲压式成型设备上的应用
河南农业大学研制的液压驱动活塞冲压式成型颗粒机，生物质物料由料仓口进入，在经过预压缩后，压人成型管，在外部加热以及活塞的挤压作用下，物料在成型管内被挤压成型。这时由于成型压力巨大，成型管磨损严重，我们将成型管进行重新设计，将其磨损剧烈的收缩段采用氧化铝陶瓷耐磨材料代替，并用花生壳为原料进行了100h的压缩成型对比实验，对比参照端为30CrMo合金钢，内孔渗碳，并做高频表面淬火。在经历了100h的对比实验后，合金钢管端成型管人口处端面平均磨损深度近1mm，而陶瓷管端未见明显磨损，可见陶瓷耐磨材料比普通金属耐磨材料有着较强的抗磨损性。
B.陶瓷管在平模式成型设备上的应用
河南农业大学与某厂联合研制的平模式成型颗粒机，在平模的模盘上嵌入氧化铝陶瓷衬管作为其成型孔，由于氧化铝陶瓷的高耐磨性，有效地解决了平模式成型设备模盘成型孔的磨损问题。
（转载请注明：富通新能源颗粒机www.ftxny.com）
