表面磨損與腐蝕

1、磨損實(shí)際是接觸表面隨著時(shí)間增加和載荷作用損傷的累積過程。自然界中不論機(jī)械零件還是人造關(guān)節(jié)都存在著磨損?？梢哉f磨損無處不在。它直接影響著機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)精度和壽命。據(jù)統(tǒng)計(jì)每年全世界生產(chǎn)總值的近五分之二被摩擦磨損消耗掉了。因此開展系統(tǒng)的摩擦學(xué)設(shè)計(jì)盡量減少或消除磨損對人類具有重大意義。磨損類型與機(jī)理磨損類型前蘇聯(lián)學(xué)者進(jìn)一步較全面地提出了區(qū)分磨損類別的方法。他將磨損分為三個(gè)過程依次為表面的相互作用兩體摩擦表面的相互作用可以是機(jī)械的或分子的。機(jī)械作用包

2、括彈性變形、塑性變形和犁溝效應(yīng)可以是兩體表面的粗糙峰直接嚙合引起的也可以是夾在中間的外界磨粒造成的。表面分子的作用包括相互吸引和粘著前者作用力小于后者。表面層的變化在表面摩擦的作用下表面層將發(fā)生機(jī)械的組織結(jié)構(gòu)的及物理的和化學(xué)的變化這是由于表面變形、摩擦溫度和環(huán)境介質(zhì)等因素的影響造成的。表面層的塑性變形會(huì)使金屬冷作硬化而變脆反復(fù)的彈性變形會(huì)使金屬出現(xiàn)疲勞破壞。摩擦熱引起的表面接觸高溫可以使表層金屬退火軟化而接觸后急劇冷卻將導(dǎo)致再結(jié)晶或固溶

3、體分解。外界環(huán)境的影響主要表現(xiàn)為介質(zhì)在表層的擴(kuò)散包括氧化和其他化學(xué)腐蝕作用因而會(huì)改變金屬表面層的組織結(jié)構(gòu)。表面層的破壞形式有擦傷、點(diǎn)蝕、剝落、膠合、微觀磨損。近年來的研究普遍認(rèn)為按照不同的機(jī)理對磨損來進(jìn)行分類是比較恰當(dāng)?shù)摹Ｍǔ？蓪⒛p劃分為個(gè)基本類型粘著磨損、磨粒磨損、表面疲勞磨損和腐蝕磨損。雖然這種分類還不十分完善但概括了各種常見的磨損形式。磨損機(jī)理通常從機(jī)理上可以把磨損分為粘著磨損磨粒磨損表面疲勞磨損侵蝕磨損腐蝕磨損和熱磨損等。某些

4、機(jī)器零部件摩擦損傷特征從機(jī)理上分類粘著磨損相對運(yùn)動(dòng)的表面因存在分子間的吸引而在表面的微觀接觸處產(chǎn)生粘著作用當(dāng)粘著作用的強(qiáng)度大于材料內(nèi)部的聯(lián)接強(qiáng)度時(shí)經(jīng)過一定周期的接觸就會(huì)產(chǎn)生磨損。粘著磨損的磨損度常常是壓力的函數(shù)低壓軟表面或高壓下都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的粘著磨損。對于可以認(rèn)為是同類材料的摩擦副表面磨損常數(shù)趨于較大值因?yàn)檎持饔玫膶?shí)質(zhì)是原子或分子間產(chǎn)生了融合。值的大小也取決于金屬的晶格結(jié)構(gòu)。對于平行六面體晶格由于存在無數(shù)個(gè)易于滑移的平面所以值較小對于

5、其他型式晶格的金屬值則較大。磨粒磨損磨粒磨損指硬金屬表面的粗糙峰嵌入軟金屬而在軟金屬表面形成的犁溝效應(yīng)磨粒磨損有種形式外界磨粒移動(dòng)于兩摩擦表面之間類似于研磨作用稱為三體磨損磨粒沿一個(gè)固體表面相對運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的磨損稱為二體磨粒磨損一對磨擦副中硬表面粗糙峰對軟表面起磨粒作用也屬于二體磨損通常為低應(yīng)力磨粒磨損。磨粒磨損機(jī)理目前主要也有種微觀切削擠壓剝落摩擦表面在磨料產(chǎn)生的循環(huán)接觸應(yīng)力的作用下疲勞而剝落。（1）改善金屬的本質(zhì)根據(jù)不同的用途選擇不同

6、的材料組成耐蝕合金，或在金屬中添加合金元素，提高其耐蝕性，可以防止或減緩金屬的腐蝕。例如，在鋼中加入鎳制成不銹鋼可以增強(qiáng)防腐蝕能力。（2）形成保護(hù)層在金屬表面覆蓋各種保護(hù)層，把被保護(hù)金屬與腐蝕性介質(zhì)隔開，是防止金屬腐蝕的有效方法。工業(yè)上普遍使用的保護(hù)層有非金屬保護(hù)層和金屬保護(hù)層兩大類。它們是用化學(xué)方法，物理方法和電化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)的。①金屬的磷化處理鋼鐵制品去油、除銹后，放人特定組成的磷酸鹽溶液中浸泡，即可在金屬表面形成一層不溶于水的磷酸鹽

7、薄膜，這種過程叫做磷化處理。磷化膜呈暗灰色至黑灰色，厚度一般為5μm～20μm，在大氣中有較好的耐蝕性。膜是微孔結(jié)構(gòu)，對油漆等的吸附能力強(qiáng)，如用作油漆底層，耐腐蝕性可進(jìn)一步提高。②金屬的氧化處理將鋼鐵制品加到NaOH和NaNO2的混合溶液中，加熱處理，其表面即可形成一層厚度約為0.5μm～1.5μm的藍(lán)色氧化膜（主要成分為Fe3O4），以達(dá)到鋼鐵防腐蝕的目的，此過程稱為發(fā)藍(lán)處理，簡稱發(fā)藍(lán)。這種氧化膜具有較大的彈性和潤滑性，不影響零件的精

8、度。故精密儀器和光學(xué)儀器的部件，彈簧鋼、薄鋼片、細(xì)鋼絲等常用發(fā)藍(lán)處理。③非金屬涂層用非金屬物質(zhì)如油漆、塑料、搪瓷、礦物性油脂等涂覆在金屬表面上形成保護(hù)層，稱為非金屬涂層，也可達(dá)到防腐蝕的目的。例如，船身、車廂、水桶等常涂抽漆，汽車外殼常噴漆，槍炮、機(jī)器常涂礦物性油脂等。用塑料（如聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等）噴涂金屬表面，比噴漆效果更佳。④金屬保護(hù)層它是以一種金屬鍍在被保護(hù)的另一種金屬制品表面上所形成的保護(hù)鍍層。前一金屬常稱為鍍層金屬。金

9、屬鍍層的形成，除電鍍、化學(xué)鍍外，還有熱浸鍍、熱噴鍍、滲鍍、真空鍍等方法。（3）改善腐蝕環(huán)境改善環(huán)境對減少和防止腐蝕有重要意義。例如，減少腐蝕介質(zhì)的濃度，除去介質(zhì)中的氧，控制環(huán)境溫度、濕度等都可以減少和防止金屬腐蝕。也可以采用在腐蝕介質(zhì)中添加能降低腐蝕速率的物質(zhì)（稱緩蝕劑）來減少和防止金屬腐蝕。（4）電化學(xué)保護(hù)法電化學(xué)保護(hù)法是根據(jù)電化學(xué)原理在金屬設(shè)備上采取措施，使之成為腐蝕電池中的陰極，從而防止或減輕金屬腐蝕的方法。①犧牲陽極保護(hù)法犧牲陽