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　　摘 要：用Cr-Ni-Si三元粉末为原料，采用激光熔敷技术制备性能优异的硅化物，在摩擦学界业内人士一直采用的是质量分数比例试探法，根据多次实验结果来确定一组相对合理的性能数据。这种方法很难得到最佳的设计结果。本设计采用《合金元素零磁耦合轻微磨损设计》方法，可以得到一组合理的合金材料化优化设计应用方案。

　　关键词：激光熔敷 磨损 优化设计 轻微磨损

　　金属硅化物Cr3Si具有熔点高、抗蠕变性能好、抗高温氧化性能好、抗热腐蚀性能优异已成为航空航天领域中有发展前途的工程材料。采用Ni元素作为母体合金元素可以得到性能优异的Cr-Ni-Si三元合金材料。在摩擦界业内人士通常研究的方式是用三种元素粉末按照一定的比例进行理论分析，然后通过实验结果逐步得到一个可信的结果。这一结果可能比过去的很多结果要好，但是不一定是最优的设计方法。经过认真的分析，我们有很多优秀的科研成果和实验结果并没有达到最佳的设计结果，如文件[1-2]。提高中国合金材料设计迫在眉睫。

　　在这里，我们介绍一种《合金元素零磁耦合轻微磨损设计》方法，我们可以得到一个满意的合金材料设计方案，还可以清晰地解释我们在过去以往的冶金材料设计和试验中，有很多不正确的认识和理念希望加以纠正，这样有利于提高我国冶金材料的设计和制造技术。

　　一、理论依据

　　在金属合金材料中，任何金属原子间的磁耦合都是按照一定的规律和方法进行的。对于金属化合物来说，铁磁原子间的结合是不可能形成金属化合物的，只有两个反磁耦合的原子（如Cr3Si）、反磁耦合原子与铁磁耦合原子（如Cr2Ni3Si4）、反磁耦合的原子与顺磁耦合原子（如WC）才可以形成新的金属化合物。

　　在Cr-Si二元合金材料中，反铁磁耦合元素Cr与反铁磁耦合元素Si组成了金属硅化物Cr3Si。Cr原子外层电子结合能为ΣEcr，单位 kJ/mol，Si原子外层电子结合能为ΣEsi，单位 kJ/mol。Cr原子与Si原子两个反磁耦合原子间的结合能方程式为E1：

　　E1=ΣEcr+ΣEsi （1）

　　两个反铁磁耦合原子的外层电子的磁通方向显示为与顺铁磁耦合的方向正好是相反的。

　　反铁磁耦合化合物的物理特点是显微硬度HV值高、脆性大、原子的结合键能通常为短程力构成，很容易出现原子霹雳行为。

　　在合金的优化设计时，为了使合金具有优异的强韧性行为，我们需要选择铁磁耦合金属元素Ni原子作为合金的母体，主要目的是用来改变和调节合金元素的磁耦合特征，组成Cr-Ni-Si三元合金体系。

　　在Cr-Ni-Si三元合金中，反铁磁耦合元素Cr、反铁磁耦合元素Si与铁磁耦合元素Ni又形成了一个新的化合物Cr2Ni3Si4。

　　我们之所以要组成Cr-Ni-Si三元合金联合体，其主要目的是以反磁耦合化合物Cr3Si、Cr2Ni3Si4和铁磁性耦合元素Ni三种形式共同存在于三元合金中，构建一种零磁耦合Cr-Ni-Si三元合金联合体系，以满足我们在使用过程中对高性能合金材料的各类使用要求。

　　在这里，铁磁耦合元素Ni原子的外层电子磁耦合能设为ΣE Ni，单位 kJ/mol。金属元素Ni的磁耦合方向正好与反磁耦合方向相反。这时，我们所组成的Cr-Ni-Si三元合金磁耦合的基本特征原理如下图所示。

　　构建Cr-Ni-Si三元合金磁耦合原子间的磁平衡能量方程式为：

　　ΔE=ΣENi-ΣEcr-ΣEsi （2）

　　式中：

　　ΔE为合金磁耦合的能量差，单位 kJ/mol；

　　ΣENi为元素Ni原子的磁耦合能量，方向取正值，单位 kJ/mol；

　　ΣECr为元素Cr原子的磁耦合能量，方向取负值，单位 kJ/mol；

　　ΣESi为元素Si原子的磁耦合能量，方向取负值，单位 kJ/mol；

　　通过公式（2），我们现在讨论Cr-Si-Ni三元合金磁耦合时，原子间磁耦合平衡能量的状态：

　　如果ΣENi=0，这时Cr-Si-Ni三元合金体系变为了Cr-Si二元合金状态，二元合金是以硅化物Cr3Si的形式存在，为反磁耦合，方向取负值。