材料表面耐磨与减摩处理

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1、材料表面耐磨与减摩处理材料磨损原理及其耐磨性磨损是材料三大主要失效形式之一，它造成的经济损失是十分巨大的。耐磨性不像力学性能和物理性能那样属于材料的固有特性，而受到摩擦学系统中接触条件、工况、环境、介质等多方面因素的影响，是一个系统性质。材料磨损原理及其耐磨性材料的磨损始于表面，表面性能是决定材料耐磨性的关键。而磨损失效过程和方式的不同，对材料表面所要求的性能相差很大。固体材料的摩擦与磨损相互接触的物体相对运动时产生的阻力，称为摩擦。摩擦存在于固体、气体和液体之间。材料的磨损则指相对运动的物质摩擦过程中不断产生损失或残余变形的现象。显然，材料的摩

2、擦与磨损是因果关系。摩擦学三“定律”第一定律：摩擦力与两接触体之间的表观接触面积无关；第二定律：摩擦力与两接触体之间的法向载荷成正比；第三定律：两个相对运动物体表面的界面滑动摩擦阻力与滑动速度无关。摩擦公式式中，F为摩擦力(切向力)；N为法向力(载荷)；µ为摩擦系数。材料或体系的耐磨性高低一般用摩擦系数来表征。按照上述三“定律”，摩擦系数µ应该属于材料常数之一。“摩擦学中无定律”近年来研究发现当润滑条件、固体材料、环境介质、工作参数等参数发生变化时，摩擦系数也发生很大的变化。尽管如此，作为经验规律，上述三条定律对解决目前一般机械工程中的实际问题仍

3、大致适合，只是在一些场合必须加以修正。由于摩擦学三“定律”的经验性或不严格性与传统意义上“定律”的精密性存在差距，人们往往认为“摩擦学中无定律”。摩擦与磨损的分类干摩擦按照实际工作条件的差别，可以将摩擦分为四类，即干摩擦、边界润滑摩擦、流体润滑摩擦和滚动摩擦。(1)干摩擦干摩擦又称无润滑摩擦，经常发生于制动器、摩擦传动和纺织、食品、化工机械和在高温条件下工作的零部件中。在这些工况下，无论是从污染、安全和实际工作需要考虑，都不允许使用润滑剂。(2)边界润滑摩擦两接触表面被一层很薄的油膜隔开(厚度可从一个分子层到0.1微米)。该边界层或边界膜可使摩擦

4、力降低2～10倍，并使表面磨损显著减少。几乎所有的润滑油都能在金属表面形成小于0.1微米厚、与表面有一定结合强度的准晶态边界膜，但吸附膜的强度决定于其中是否存在活性分子及其数量和特性。(3)流体润滑摩擦对摩表面完全被油膜隔开，靠油膜的压力平衡外载荷。油膜厚度越大，固体表面对远离它的油分子影响越小。在流体润滑中，摩擦阻力决定于润滑油的内摩擦系数(粘度)。流体润滑摩擦具有最小的摩擦系数，从节能、延长使用寿命和减少磨损的观点考虑，都是最理想的条件。摩擦力大小也与接触表面的状况无关。(4)滚动摩擦滚动摩擦与滑动摩擦状况和机理差别很大，摩擦系数也比滑动摩擦

5、系数小得多。磨损机理可以将磨损分为粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损、微动磨损、冲蚀(包括气蚀)磨损和高温磨损七大类。磨粒磨损磨损过程特点：一个凸起硬面和另一表面接触，或者在两个摩擦面之间存在或嵌有硬颗粒，在相对运动中导致材料转移要求材料具备的性质：有比磨粒更硬的表面，较高的加工硬化能力粘着磨损磨损过程特点：摩擦面相对滑动时，固相焊合点撕裂、断裂导致材料迁移要求材料具备的性质：互相接触的摩擦副材料溶解度低，表面抗热软化能力好，表面能低冲蚀磨损磨损过程特点：含有固体粒子的流体冲击固体表面，或流动液体中气泡破裂形成的振动波使材料局部变形和流失的过

6、程。要求材料具备的性质：在小角度冲击时要有高硬度，在大角度冲击时要有高韧度疲劳磨损磨损过程特点：在滚动接触过程中，由于交变接触应力的作用而使材料表面出现麻点或脱落的现象。要求材料具备的性质：高硬度、高韧度，精加工性能好，流线型好，少、无硬的非金属夹杂，表面无微裂纹腐蚀磨损磨损过程特点：磨损与腐蚀交互或者共同作用，导致材料去除的过程要求材料具备的性质：无钝化作用时要提高材料的耐腐蚀能力，兼有耐腐蚀性和耐磨损性能微动磨损磨损过程特点：当两个承载件的相互接触表面经历相对往复切向振动时，由于振动产生循环应力的作用而导致的微动损伤要求材料具备的性质：提高耐

7、环境腐蚀的能力和高的抗磨粒磨损性能，使磨损时形成软的腐蚀产物，同相配合的表面具有不相溶性高温磨损磨损过程特点：在高温下相互接触工件之间的磨损，是一种氧化、磨损交错或者同时进行的过程要求材料具备的性质：热硬性好，抗氧化能力强，热扩散能力高磨损机理综合表现最基本的是粘着磨损、磨粒磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损。各种复杂的磨损现象不外乎是这些基本机理单独或综合的表现。滑动干摩擦过程依据相对运动的材料不同，可能发生粘着磨损、磨粒磨损，或两者兼而有之。滚动摩擦过程中不仅可能产生疲劳磨损、粘着磨损，在一定环境介质作用下还会发生腐蚀磨损或冲蚀磨损。粘着磨损、润滑和固

8、体润滑粘着磨损的发生与发展十分迅速，容易使零件或机器发生突然事故，造成巨大的损失。磨损失效的各类零件中起因于粘着磨损的大约占15％。生产