磨損及磨損原理-第一講-資料下載頁

　　

【正文】 ?磨粒嵌鑲的影響 在沖蝕磨損的初期 ， 由于磨粒嵌鑲于靶材的表面 ， 因此靶材的沖蝕磨損量很小 ， 甚至不是產(chǎn)生失重而是增重 ， 即產(chǎn)生 負(fù)磨損 ， 這一階段稱為 “ 孕育期 ” 。 經(jīng)過一段時間 (或沖蝕了一定量的磨粒 )之后 ， 當(dāng)靶材的磨損量大大超過嵌鑲量時 ， 才變?yōu)?正磨損 。 隨著沖蝕磨粒數(shù)量的增加 ， 靶材的磨損量也穩(wěn)定增加 ， 這一階段稱為穩(wěn)定 (態(tài) )沖蝕期 。 溫度的影響 有些零件是在一定溫度下經(jīng)受沖蝕磨損的 。 例如燃?xì)廨啓C葉片 。 溫度對沖蝕磨損的影響有兩種完全不同的結(jié)論 。 一些試驗結(jié)果表明 ， 隨著環(huán)境溫度的升高 ， 沖蝕磨損加劇 。 另一些試驗結(jié)果表明 ， 隨著環(huán)境溫度升高 ， 沖蝕磨損量減小 。蒂利 認(rèn)為這是由于在高溫下這些材料的塑性提高 ， 而延性材料隨著塑性的提高 ， 耐磨性也有所提高 。 也有人認(rèn)為在高溫下材料表面形成氧化膜 ， 對沖蝕磨損也有一定的影響 。 （ 1）定義與分類 ?定義： 在液體 、 氣體或潤滑劑的工作環(huán)境中 ， 相互作用的摩擦表面之間會發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng) ， 在表面形成腐蝕產(chǎn)物 ，這些腐蝕產(chǎn)物常粘附不牢 ， 在摩擦過程中被剝落下來 ， 而新的表面又繼續(xù)和介質(zhì)發(fā)生反應(yīng) ， 這種腐蝕和磨損的相互重復(fù)過程 ， 稱為 腐蝕磨損 。 腐蝕磨損是極為復(fù)雜的過程 ， 環(huán)境 、溫度 、 介質(zhì) 、 滑動速度 、 載荷及潤滑條件稍有變化 ， 都會使磨損發(fā)生很大的變化 。 ?分類： 腐蝕磨損可分為 化學(xué)腐蝕磨損 與 電化學(xué)腐蝕磨損 ， 化學(xué)腐蝕磨損又可分為 氧化磨損 和 特殊介質(zhì)腐蝕磨損 兩種 。 化學(xué)磨損 （ 2）氧化磨損 ① 氧化磨損過程： 在摩擦過程中 ， 金屬表面受空氣或潤滑劑中氧的作用形成氧化膜 ， 然后氧化物不斷地被磨去而使零件金屬發(fā)生損耗的現(xiàn)象 ， 稱為 氧化磨損 。 除極少數(shù)貴金屬外 ， 潔凈的金屬一旦與空氣接觸 ， 立即與空氣中的氧反應(yīng)成為單分子層的氧化膜 。 以后膜的厚度逐漸增長 ， 其增長速率隨時間而變化 。 在摩擦過程中 ， 由于固體表面和介質(zhì)間相互作用的活性增加 ， 故形成氧化膜的速率要比靜態(tài)時快得多 ， 因此在摩擦過程個被磨去的氧化膜在下一次摩擦的間歇中會迅速地生長出來 ， 并被繼續(xù)磨去 。 這便是氧化磨損過程 。 造成氧化磨損的條件有三： (1)摩擦表面氧化的速率大于氧化膜被磨損的速率； (2)氧化膜與基體結(jié)合的強度大于摩擦表面的剪切應(yīng)力； (3)氧化膜厚度大于表面磨損破壞的深度 。 ③ 氧化膜性質(zhì)對磨損的影響： ?氧化膜與基體金屬的體積比 氧化膜的破壞速率取決于其與基體的結(jié)合強度和所作用的應(yīng)力 。 若氧化物的體積與生成這部分氧化物所消耗的基體金屬的體積差不多 ， 則氧化物所形成的膜是致密的 、 完整的并牢固地覆蓋在金屬表面上 。 若氧化物的體積比基體金屬體積小 ， 則膜中出現(xiàn)拉應(yīng)力 ，使膜破裂 ， 或出現(xiàn)多孔疏松的膜 。 若氧化物的體積大于金屬的體積 ， 隨著氧化膜的生長 ，膜的體積不斷膨脹 ， 在膜內(nèi)形成平行于表面的壓應(yīng)力以及垂直于表面膜使膜脫開表面的拉應(yīng)力 。 膜愈厚則內(nèi)應(yīng)力愈大 。這樣就會使表面膜形成裂紋或從表面脫落 。 另外 ， 如表面溫度發(fā)生變化 ， 以及表面膜與金屬膨脹系數(shù)不同 ， 也會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而脫落 。 ?氧化膜的機械性能 脆性氧化膜與基體金屬結(jié)合能力差 ， 容易被磨掉 ， 若氧化膜的硬度較大 ， 結(jié)果氧化膜被嵌入金屬內(nèi) ， 成為磨料 。 如上述鋁及鋁合金上生成的晶態(tài)氧化鋁或剛鋁石的膜 ， 很可能破碎后嵌入基體 ， 對極硬的鋼都可能產(chǎn)生磨料磨損 ， 因為剛鋁石比鐵的氧化物硬得多 。 反之 ， 如為韌性而致密的氧化膜 ，則與基體結(jié)合牢固 ， 不易磨掉 。 若氧化物較軟 ， 則對另一表面磨損就小 ， 例如鎂表面生成軟的氫氧化物 ， 對磨損的影響就不大 ， 有的甚至有防止粘著的作用 。 即使象錫那樣的軟金屬也會使硬鉻鋼發(fā)生磨損 。 在有利于氧化的條件下 ， 要比硬鋼對硬鉻鋼的磨損大得多 。 有些氧化物的摩擦磨損性能還與溫度有關(guān) 。 如 PbO， 在 250℃ 以下潤滑性能不好 ， 但超過此溫度時 ， 就成為比 MoS2還好的潤滑劑 。 （ 3）特殊介質(zhì)中的腐蝕磨損 ① 磨損過程： 殊特介質(zhì)中的腐蝕磨損是指摩擦副工作在除氧以外的其它介質(zhì) (如酸、堿、鹽等 )中，并和它們發(fā)生作用形成各種不同的產(chǎn)物，又在摩擦中被除去的過程。 它的磨損過程和氧化膜的磨損過程十分相似 ，使材料的磨損速度較大 。 腐蝕作用加速 ， 磨損也加速 。 但若在某種介質(zhì)中使金屬形成一層致密的并與基體結(jié)合強度高的保護膜 ， 則可使腐蝕磨損速度減小 。 ② 影響因素 ?腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)、溫度與零件應(yīng)力狀態(tài)的影響 腐蝕磨損的速度隨著介質(zhì)腐蝕性的強弱、腐蝕溫度高低的影響而變化。 在摩擦學(xué)領(lǐng)域中 ， 常利用腐蝕磨損為人類服務(wù) ， 如在磨合油里加入一定量的活性元素化合物 ， 可縮短磨合時間和防止粘著磨損 。 在受高應(yīng)力作用的摩擦副 (如雙曲線齒副 )的潤滑油中加入極壓添加劑 ， 就是使金屬表面生成氯化物 、硫化物或磷化物等薄膜 ， 以防止摩擦副表面膠合或咬死 ，即以輕微的腐蝕磨損來防止嚴(yán)重的粘著磨損 。 零件所受的應(yīng)力狀態(tài)對腐蝕磨損影響也極大 。 當(dāng)零件受重復(fù)應(yīng)力時 ，其腐蝕作用大大增加 。 腐蝕磨損還受到電位差的影響 ， 即電化學(xué)腐蝕 。 ② 影響因素 ?材料性質(zhì)的影響 軸瓦材料中的鉛和鎘，容易被潤滑油氧化所生成的有機酸所腐蝕，開始在軸瓦表面生成黑點，并逐漸擴展成為海綿狀空洞，在摩擦過程中呈小塊狀剝落，因此在使用鉛鎘軸瓦時應(yīng)特別注意。 鎳 、 鉻 、 鈦等金屬在特殊介質(zhì)作用下易形成結(jié)合力強 、結(jié)構(gòu)致密的鈍化膜 。 鎢 、 鉬在 500℃ 以上 ， 表面會生成保護膜 ， 因此 ， 鎢鉬是抗高溫腐蝕磨損的金屬 ， 鎳 、 鉻是抗腐蝕磨損的金屬 。 此外由碳化鎢或碳化鈦組成的硬質(zhì)合金 ，都具有耐腐蝕磨損的能力 。 第六節(jié)、磨損的轉(zhuǎn)化與復(fù)合 生產(chǎn)實踐中所遇到的磨損往往表現(xiàn)得十分復(fù)雜，人們遲至本世紀(jì)二十年代還為其困惑不解。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，觀察和分析手段逐漸完備，將磨損歸納出四個基本形式 ——粘著、磨料、疲勞、腐蝕 。實際表現(xiàn)出來的磨損，常不能單純地納入某一種基本型式。如電火花侵蝕磨損 —— 電蝕磨損。在一些通電流的摩擦副表面上，常會有電火花跳過，例如整流器的銅環(huán)與電刷。銅環(huán)被電火花擊損、電刷也發(fā)生磨損，隨之加劇跳火，使磨損更趨惡化。電火花侵蝕原理可用于精密加工；合理控制電流和電壓，可以獲得精密的加工尺寸及表面質(zhì)量。因此，實際中的許多磨損現(xiàn)象往往是磨損基本類型的轉(zhuǎn)化或 (和 )復(fù)合。 磨損型式可以隨工作條件變化而轉(zhuǎn)化 。 通常機械中摩擦副的主要工作參數(shù)是相對滑動速度 vs和載荷 W。 如圖所示鋼材摩擦副在固定載荷條件下 ， 相對滑動速度vs和磨損型式的關(guān)系 。 當(dāng) 滑動速度 vs很低時 ， 主要發(fā)生氧化磨損 ， 有時會出現(xiàn)紅褐色 Fe2O3磨屑 ， 磨損率很小 。 隨 vs增大 ， 氧化膜破裂 ， 表面裸露金屬 ， 直接接觸 ， 將轉(zhuǎn)化為 粘著磨損 ， 磨損量顯著增大 。 滑動速度 vs再高 ， 摩擦溫度上升 ，有利于形成黑灰色 Fe3O4氧化膜 ， 隨后又轉(zhuǎn)化成 氧化磨損 ，磨損率又下降 。 如果 vs再繼續(xù)增大 ， 再次轉(zhuǎn)化成粘著磨損 。磨損變得十分劇烈 ， 導(dǎo)致失效 。 圖表示載荷變化和磨損形式的關(guān)系 。 相對滑動速度固定 ， 載荷小時主要是氧化磨損 ；當(dāng)壓力 p低于某值 p0時 ， 出現(xiàn)的氧化物是 Fe2O3；當(dāng) p＞ p0時 ， 則出現(xiàn) FeO、Fe3O4和 Fe2O3三種混合的氧化物 。 p達臨界值 pcr后 ， 便轉(zhuǎn)化成危害性的粘著磨損 。 金屬摩擦副在邊界潤滑條件下滑動時 ， 潤滑添加劑本身或添加劑由于摩擦分解或聚合與金屬表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng) ，可形成各種邊界潤滑膜 。 摩擦面上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的原因 ， 包括： (1)摩擦熱引起的反應(yīng)； (2)摩擦化學(xué)引起的反應(yīng) 。 特別是隨著磨損的發(fā)展 ， 摩擦面上不斷裸露出新生金屬表面 ， 活性特別高 ， 很容易發(fā)生這些反應(yīng) 。 在摩擦過程中 ， 產(chǎn)生的新生潔凈表面處于極不穩(wěn)定狀態(tài) ，形成激化高能外逸電子發(fā)生源 。 外逸電子在潤滑行為中 ， 可以起有益作用也可起危害作用 。 謝謝觀看！