氧化锆研磨介质，特别是氧化钇稳定的氧化锆（YSZ），之所以被优先选用，是因为它们结合了极高的硬度和化学惰性这两个关键特性。虽然其他材料可能提供高冲击能量，但氧化锆在提供高研磨效率的同时，不会引入会降低最终氧化物弥散强化（ODS）合金的耐辐射性和机械性能的外来金属污染物。
选择氧化锆而非钢材的决定，根本上是为了控制纯度。在ODS合金生产中，即使是标准研磨介质产生的微量金属磨损碎屑，也可能损害材料在强辐射环境中的结构完整性和性能。
纯度的必要性
对于ODS粉末，例如Fe-Cr-Al-Ti-Y2O3，必须精确控制化学成分。机械合金化过程非常剧烈，研磨介质的选择决定了最终产品的质量。
消除金属污染物
机械合金化中的主要风险是引入研磨工具本身的杂质。标准的钢球会随着时间的推移而磨损，将铁、碳或其他合金元素沉积到粉末中。氧化锆与金属粉末在化学性质上是不同的，最大限度地减少了外来金属污染物的引入。
保持耐辐射性
ODS合金通常用于核或高温应用，在这些应用中，耐辐射性至关重要。研磨过程中引入的杂质可能成为缺陷位点，削弱材料抵抗辐射损伤的能力。氧化锆介质确保粉末能够保持在这些极端环境下所需的高纯度。
高能量下的耐用性
机械合金化涉及在长时间内对粉末进行高频、高能量的冲击。研磨介质必须在这种环境中生存而不会失效。
极高的耐磨性
研磨过程可能持续24到200小时。氧化锆具有优异的耐磨性，这意味着它的降解速度远慢于较软的替代品。这确保了研磨球的几何形状保持一致，在整个研磨过程中提供均匀的能量传递。
承受冲击
尽管氧化钇稳定的氧化锆是陶瓷，但它具有极高的硬度和韧性。它能够承受行星运动产生的 But high-energy impacts 而不会断裂。这种耐用性可以防止介质发生灾难性故障，从而毁坏粉末批次。
理解权衡
虽然氧化锆在纯度方面是更优的选择，但了解它与其他介质（如不锈钢）的区别很重要。
密度和动能
不锈钢球具有高密度，在碰撞过程中转化为非常高的动能。这对于快速破碎可能是有益的。氧化锆通常比钢轻；然而，它的硬度弥补了这一点，使其能够在不承受钢材带来的污染损失的情况下实现高研磨效率。
成本与性能
氧化锆介质通常比高强度钢贵。然而，在ODS合金的背景下，这种成本是合理的。如果引入的杂质导致最终合金无法用于预期的核或高性能应用，那么“更便宜”的钢球选项实际上就变成了最昂贵的选项。
为您的目标做出正确选择
研磨介质的选择应取决于您最终应用的具体容差。
- 如果您的主要重点是核或高温应用：优先选择氧化锆（YSZ）介质，以确保完全消除外来金属污染物并保持耐辐射性。
- 如果您的主要重点是基础粉末精炼：您可以考虑高强度不锈钢，前提是痕量的铁或碳污染不会损害您材料的最终机械性能。
最终，对于高性能ODS合金，氧化锆提供了必要的保证，即材料的化学成分将完全按照设计保持不变。
总结表：
| 特性 | 氧化锆（YSZ）介质 | 不锈钢介质 |
|---|---|---|
| 污染风险 | 极低（陶瓷） | 高（金属碎屑） |
| 硬度 | 非常高 | 高 |
| 耐磨性 | 优异（长时间） | 中等 |
| 主要应用 | 核/高温ODS合金 | 基础粉末精炼 |
| 冲击能量 | 高效/高硬度 | 高密度/高动能 |
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参考文献
- Markus Benjamin Wilms, Bilal Gökce. Manufacturing oxide-dispersion-strengthened steels using the advanced directed energy deposition process of high-speed laser cladding. DOI: 10.1007/s40964-022-00319-1
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