材料的表面防护.ppt

,,,,第十一章 材料的表面防护,腐蚀、磨损和断裂是结构材料主要的失效原因。 腐蚀和磨损为渐变过程。 断裂为突变过程。 腐蚀主要由化学和电化学作用引起，而磨损强调力学和运动因素。, 1985年8月12日，日本一架波音747客机由于发生应力腐蚀破裂而坠毁，一次死亡500多人。  1979年，我国某市液化石油气罐爆炸起火，死伤几十人。  美国的的阿波罗空间计划中，氧化剂N2O4的储罐使用高强度钛合金制造的，这是通过应力腐蚀试验选出的。但在运行前的模拟试压（压力为规定值的1.5倍）中很快发生破裂，原因是试验中使用的N2O4是不纯的，含有NO，而模拟实际使用的N2O4纯度高，不含NO。经分析研究加入0.6%NO之后才得以解决。美国著名的腐蚀学专家方坦纳认为，如果找不到这个解决办法，登月计划会推迟若干年。,第一节 材料的腐蚀与防护,１.腐蚀定义：腐蚀是材料与环境之间因化学或电化学反应而导致的破坏性侵蚀现象。 微观上表现为材料相态或价态发生变化；宏观上表现为材料质量、强度等性能损失。,一、概述,２.腐蚀分类 有多种腐蚀分类方法： 环境 腐蚀后材料表面形貌 腐蚀原因,３.腐蚀表示方法 反映材料腐蚀前后质量、厚度、机械性能等变化的任何物理、电学或力学指标都可用来表示腐蚀发生的速度。常采用腐蚀所造成的质量、深（厚）度或与腐蚀过程对应的电量这三种指标表示。 最常用的单位是每年侵蚀的毫米（mm/a）或每天每平方米侵蚀的克（g/m2.d）,４.腐蚀研究的重要性 经济因素。 据工业发达国家统计，材料腐蚀造成的直接经济损失大约占国民经济净产值（GNP）的2%~4%。我国中型油田每年因腐蚀损失及腐蚀维修的费用超过一个亿。 节约资源，保护环境。,二、腐蚀理论简介,１.电极电位与材料腐蚀倾向 （１）腐蚀电池： 金属腐蚀可看作金属-环境界面无数个局部 电池（腐蚀电池）作用的结果。,和干电池不同的是，腐蚀电池的电极靠导电金属表面始终短路着，一旦与其接触的环境介质具有导电性就会有电流在局部电池阴、阳极间流动； 腐蚀电池和干电池一样，电流流动是以消耗 阳极金属为代价。,(a)Zn块和Cu块通 （b)Zn块和Cu块直 （c)Cu作为杂质分 过导线联接 接接触（短路） 布在Zn表面 阳极Zn: Zn → Zn2++2e（氧化反应） 阴极Cu: 2H++2e → H2 ↑（还原反应） 腐蚀电池的构成,（２）腐蚀电池产生的原因： 成分、组织、物理性质差异，造成材料局部电势差，形成腐蚀电池。,,异种材料组合结构实例,,不锈钢胀管颈部的破裂-局部腐蚀,三、钢铁材料的腐蚀与防护,1、金属在海水中的腐蚀 1)、海水的物理化学性质,海水总盐度高，电导率高，海水平均比电导率约为4×10-2S·cm-1， 远远超过河水(2×10-4S·cm-1)和与水(1×10-3 S·cm-1)的电导率。表 面海水氧浓度随水温度大体在5~10mg/L范围内变化。,2)、海水腐蚀的特点,X中性海水溶解氧较多，阴极去极化反应加快，促进钢的 腐蚀。,X海水电导率很大，海水腐蚀的电阻性阻滞很小，很容易 发生电偶腐蚀。,X因海水中氯离子含量很高，阳极的极化率很小，因而腐 蚀速率相当高。,X海水中易出现小孔腐蚀，孔深也较深。,3)、腐蚀因素,X氧含量,X流速：海水流速越快，腐蚀速率越快。 X温度：温度增加，腐蚀速度将增加。,X生物：生物的作用是复杂的，有的生物可形成保护性 覆盖层，但多数生物是增加金属腐蚀速度。,2、硫化氢的腐蚀 1）硫化氢电化学腐蚀过程 硫化氢只有溶解在水中才具有腐蚀性。在油气开采中 与二氧化碳和氧相比，硫化氢在水中的溶解度最高。硫化 氢在水中的离解反应为：,H2S HS-,H++HS- H++ S2-,释放出的氢离子是强去极化剂，极易在阴极夺取电子， 促进阳极铁溶解反应而导致钢铁的全面腐蚀。,2）硫化氢导致氢损伤过程,硫化氢水溶液对钢材电化学腐蚀的另一产物是氢。被 钢铁吸收的氢原子，将破坏其基本的连续性，从而导致氢 损伤。在含硫化氢酸性油气田上，氢损伤通常表现为硫化 物应力开裂(SSC)、氢诱发裂纹(HIC)和氢鼓泡(HB)等形式 的破坏。,3）影响腐蚀的因素,(1)硫化氢的浓度,当硫化氢含量为200~400mg/L时，腐蚀率达到最大， 而后又随着硫化氢浓度增加而降低，到1800mg/L以后， 硫化氢的浓度的腐蚀率几乎无影响。,(2)pH值,硫化氢水溶液的pH值将直接影响着钢铁的腐蚀速率。 通常表现出在pH值为6时是一个临界值，当pH值小于6时， 钢的腐蚀率高，腐蚀液呈黑色、浑浊。,(3)温度,钢铁在硫化氢水溶液中腐蚀率通常是随温度升高而增,大。在10%的硫化氢水溶液中，当温度从55℃升到84℃时， 腐蚀速率大约增大20%。但温度继续升高，腐蚀速率将下 降，在110~200℃之间最小。,(4)暴露时间,暴露时间的增长，硫化铁腐蚀产物逐渐在钢铁表面上,沉积，形成一层具有减缓腐蚀作用的保护膜。,(5)流速,海水流速越快，腐蚀速率越快。,(6)氯离子,氯离子的存在往往会阻碍保护性的硫化铁膜在钢铁表 面的形成。氯离子可以通过钢铁表面硫化铁膜的细孔和缺 陷渗入其膜内，使膜发生显微开裂，于是形成孔蚀核，加 速了孔蚀破坏。,3、二氧化碳的腐蚀 1）CO2腐蚀机理及腐蚀破坏的特征,阳极反应：Fe－2e 阴极反应：H2O+CO2 2H++2e 阴极产物：Fe＋H2CO3,Fe2＋ 2H++CO32- H2 FeCO3+H2,对于阴极析氢反应机制，目前有两种完全不同的观点。 一种是氢通过下式氢离子的电化学还原而生成：,H3O++e,Had＋H2O,另一种是氢通过下列各式吸附态H2CO3被直接还原而生成：,上述腐蚀机理是对裸露的金属表面而言。实际上，在,含CO2油气环境中，钢铁表面在腐蚀初期可视为裸露表面， 随后将被碳酸盐腐蚀产物膜所覆盖。所以，CO2水溶液对,钢铁腐蚀，除了受氢阴极去极化反应速度的控制，还与腐 蚀产物是否在钢表面成膜，膜的结构和稳定 性有着十分 重要的关系。,2）影响CO2腐蚀的因素 (1)CO2分压的影响 当分压低于0.021MPa 时腐蚀可以忽略；当CO2 分压为0.021MPa时，通常 表示腐蚀将要发生；当 CO2分压为 0.021MPa~0.21MPa时， 腐蚀可能发生。,(2)温度的影响 当温度低于60℃时，以均 匀腐蚀为主；高于60℃时，腐 蚀速率由穿过阻挡层传质过程 决定，及垢的渗透率，垢本身 固有的溶解度和流速的联合作 用而定；60~110℃范围时，局 部孔蚀严重；高于150℃时， 腐蚀产物细致、紧密、附着力 强，于是有一定的保护性，则 腐蚀率下降。,(3)腐蚀产物膜的影响,当钢表面生成的是无保护性的腐蚀产物膜时，以“最,坏”的腐蚀速率被均匀腐蚀；,当钢表面的腐蚀产物膜不完整或被损坏、脱落时，会,诱发局部点蚀而导致严重穿孔破坏。,当钢表面生成的是完整、致密、附着力强的稳定性腐,蚀产物膜时，可降低均匀腐蚀速率。,(4)流速的影响,高流速，腐蚀速率也越高。A.Ikeda认为流速为0.32m/s,是一个转折点。,(5)Cl-的影响,Cl-的存在不仅会破坏钢表面腐蚀产物膜或阻碍产物膜 的形成，而且会进一步促进产物膜下钢的点蚀。Cl-含量大 于3×104mg/L时尤为明显。,如何合理选材：,①首先考虑介质的性质、温度、压力。,②考虑设备的用途、工艺过程及其结构设计特点。 ③应考虑环境对材料的腐蚀以及产品的特殊要求。 ④还应考虑材料的性能。作为结构材料一般要求具有,一定的强度和塑性。,此外，在选材时还要考虑材料的价格和来源。,如何进行介质处理：,包括除去介质中促进腐蚀的有害部分(例如锅炉给水的,除氧)、调节介质的pH值及改变介质的湿度等。,腐蚀的防护,1、热力法除氧,根据气体的溶解定律(亨利定律)可知：气体在水中的溶 解度与该气体在液面上的分压成正比，在敞口容器中将水 温升高时，各种气体在该水中的溶解度下降。所以，将水 加热至沸点可以使水中的各种溶解气体解吸出来 。,热力法不仅能除去水中的溶解氧，而且可以除去水中 的其它各种溶解气体。此时，热力法除氧过程中，还会使,水中的重碳酸根发生分解，因为除去了水中的游离CO2，,2HCO3-→CO2+CO32-+H2O↑,温度越高，加热时间越长，加热蒸气中游离的CO2浓,度越低，则重碳酸根的分解率越高，其出水的pH值也就 越高。,热力法除氧是在除氧器内用蒸气使水加热，除氧器的 结构主要应能使水和汽在除氧器内分布均匀、流动畅通以 及水、汽之间有足够的接触时间。在除氧过程中，水应加 热至沸点，否则水中的残留氧量会增大。此外，热力学除 氧对解吸出来的气体应能畅通地排走，否则气相中残留的 氧量较多，会影响水中氧的扩散速度，从而使水中的残留 含氧量增大。,2、化学除氧,化学除氧是往水中加人化学药品以除去水中的氧。常,用化学除氧药品有联胺、亚硫酸钠等。,联胺是一种还原剂，它可将水中的溶解氧还原：,2N2H2+O2→2N2+2H2O,反应产物N2和H2O对热力学系统没有任何害处。在高 温水中N2H2可将Fe2O3还原成Fe3O4、FeO和Fe，还能将,氧化铜还原成氧化亚铜或铜。联胺的这些性质可以用来防 止锅炉内铁垢和铜垢的生成。,3、化学除硫化氢,化学氧化剂和醛类能除去水中的硫化氢。油田水系统 中应用最普遍的氧化剂有氯、二氧化氯和过氧化氢，使用 的醛类是丙烯醛和甲醛。这些药剂也可用作为杀菌剂。,缺点：,u 能严重地腐蚀钢，硫化氢和氧化剂反应的最终生成物,常常是胶体硫，它本身就有很强的腐蚀性；,u 大多数水中也存在很多能与氧化剂反应的物质，从而,使得实际投加量要高出理论投加量。,除硫化氢的药剂：,(1)氯：氯气能用来和少量的硫化氢反应。,(2)二氧化氯：二氧化氯在工业水中作为杀菌剂使用，它 也能用来除去水中少量的硫化氢。,(3)过氧化氢：硫化氢也可以用于过氧化氢反应的方法除 去。在酸性或中性pH值条件下，如有催化剂存在时，能 急剧反应，生成游离的硫。,(4)丙烯醛：丙烯醛既是一种硫化氢除去剂，又是一种强 杀菌剂。,(5)甲醛：甲醛也能和硫化氢反应除去硫化氢，但除去的 效果明显地低于丙烯醛。,4、隔氧技术,储水罐的气封,处理不含氧的水的全部水罐应该用一种不含氧的气体 来密封，如天然气或氮气。普遍采用0.5~1.0Pa正压，调 节器必须足够大，以保证在容器内液面最大下降速度时的 气体供给，必须装配压力/真空安全阀。,不应该是用油封，氧在油中的溶解度比在水中大得多， 并且能以惊人的速度扩散通过油层，最好的情况下，油层 仅仅能减缓氧的进入速度，而不能杜绝氧的进入。另一方 面，细菌也能常在油水界面上繁殖。,井的气封,供水井和生产井都可能需要气封来防止氧的进入。最 容易进氧的部位之一是通向井底的电泵电缆。在供水井和 生产井中，关井后重新启动时最易进氧。关井时液位一般 升至环形空间，开井时液位降低，这时就会吸入氧。,阀杆及连接处,由于氧的扩散作用，氧能穿过水层迁移到上游和从低 压区扩散到高压区域，这是氧难以处理的原因之一。阀杆 和连接处等都是氧容易渗入之处，必须保持密封。,注入泵,氧经常通过泵的吸头，尤其是从不能保持正吸入压头 的地方进到注入系统。另一个进氧的渠道是离心泵的损坏 密封，如果密封垫出现泄漏，空气就被吸进泵内。因此应 将全部处理不含氧水的离心泵都装上加压吸入口密封。,5、阴极保护 定义 利用电化学原理，将被保护的金属设备进行外加阴极 极化降低或防止腐蚀；将被保护金属进行外加阴极极化以 减少或防止金属腐蚀的方法 。,将活泼金属或其合金连在被保护的金属 上，形成一个原电池，这时活泼金属作 为电池的阳极而被腐蚀，基体金属作为 电池的阴极而受到保护。,将被保护的金属与另一附加电极作为电 解池的两极，被保护金属为阴极,,ü 外加电流阴极保护法：将被保护金属与直流电源的负 极相连，利用外加阴极电流进行阴极极化。 ü 牺牲阳极保护法：在被保护设备上连接一个电位更负 的金属作为阳极(例如钢设备上连接锌)，它与被保护金属 在电解质溶液中形成大电池，而使设备进行阴极极化。,6、阳极保护,将被保护设备与外加直流电源的正极相连，在一定的 电解质溶液中将金属进行阳极极化至一定电位，如果在此 电位下金属能建立起钝态并维持钝态则阳极过程受到抑制， 而是金属的腐蚀速度显著降低，这时设备得到了保护，这 种方法称为阳极保护法。对于钝化溶液和易钝化的金属组 成的腐蚀体系，可采用外加阳极电流的方法，使被保护金 属设备进行阳极钝化以降低金属的腐蚀。,7、添加缓蚀剂,向介质中添加少量能阻止或减慢金属腐蚀的物质以保,护金属。,8、金属表面覆盖层 在金属表面喷、衬、镀、涂上一层耐蚀性较好的金属 或非金属物质以及将金属进行磷化、氧化处理，使被保护 金属表面与介质机械隔离而降低金属腐蚀。保护层法是使 金属表面生成一层致密的不易腐蚀的物质，以此将金属与 外部介质隔绝开来使金属免遭腐蚀的一种方法。,常用的保护 法及分类：,：管道或容器内表面复合的一层耐蚀材料。,9、衬里,玻璃钢：是用玻璃纤维或玻璃布增强的塑料，将树脂 涂在玻璃纤维或玻璃布上，而后再固化成形。有些玻璃钢 耐水、耐化学药品，用作防腐蚀衬里。,衬橡胶工艺：橡胶衬里适应范围广，可以耐各种介质 腐蚀。衬里橡胶主要采用天然橡胶，橡胶衬里的温度一般 不超过60℃。,硬聚氯乙烯衬里：应用较广，价格便宜耐腐蚀性能好；,但耐温性能差，一般适用温度为10~50℃。,水泥砂浆衬里：价格便宜、施工简单。水泥砂浆村里 可耐一般水、盐水等的腐蚀，但由于施工质量很难保证， 尤其在温度差较大的条件下易出问题。,10、金属保护层,金属保护层法是在金属表面上加上一层致密的金属或 合金，从而使被保护金属免遭腐蚀的一种方法。一般采用 电镀，也有用熔融金属浸镀或喷镀，或者直接从溶液中置 换金属进行化学镀等。,金属喷镀是将金属在高温火焰中熔化，同时用压缩空 气将熔融的金属吹成雾状微粒，并以较高的速度喷射到预 先经过处理的的基体表面上，从而形成一层金属镀层，在 镀层温度没有完全冷却时，应再涂刷环氧树脂面漆。用喷 镀得到的喷涂层与基体结合牢固，大大提高了防腐效果。,采用金属保护层来防腐，一定要考虑金属平衡电势的 差异，如果镀层金属的平衡电势比基体金属高，如铁镀锡 等，一旦镀层上有缺陷，则金属的腐蚀将更加严重。如果 镀层金属的平衡电势比基体金属低。如铁镀锌，当镀层出 现缺陷时，由于镀层金属起“牺牲阳极”的作用，就能继 续保护基体金属免受腐蚀。,11、钝化膜,钝化膜是金属表面上生成的一种致密薄膜，最常见的 钝化膜有氧化膜和磷化膜两种。氧化膜的形成，是把钢铁 工件放在很浓的碱和氧化剂溶液中加热氧化，使金属表面 上生成一层致密的四氧化三铁薄膜，能牢固地与金属表面 结合。磷化膜的形成，是把钢铁工件放入磷酸盐溶液中进 行浸泡，使钢铁表面获得一层不溶于水的磷酸盐保护薄膜， 从而起到防腐作用。,12、合理的防腐设计及改进生产工艺流程，以减,轻或防止金属腐蚀,每种防腐蚀措施，都具有应用范围和条件，使用时要 注意。对某一种金属有效的措施，在另一种情况下就可能 无效，甚至是有害的。例如阳极保护只适用于金属在介质 中易于阳极钝化的体系。如果不造成钝化，则阳极极化不 仅不能减缓腐蚀，反而会加速金属的阳极溶解。 因此，对于一个具体的腐蚀体系，究竟采用那种防腐 蚀措施，应根据腐蚀原因、环境条件、各种措施的防腐效 果、施工难易以及经济效益综合考虑，不能一概而论。,四、混凝土材料腐蚀防护,１.概论 （１）组分：,胶粘剂；,粉料及粗、细骨料 添加剂：早强剂、快凝剂,（２）钢筋混凝土,２.耐腐蚀性指标 外观； 抗压强度,含水率和吸水率 表面中性化深度：硅酸盐水泥混凝土呈,碱性，受腐蚀后表面中性化，强度也随,之损失。 钢筋腐蚀速度,,,,,,,,３.混凝土材料腐蚀类型,（１）溶出及渗入：,混凝土中某些成分在腐蚀环境中使用时溶出，造成材料空隙度增大。 环境中氯离子等极易渗入混凝土内部，引起钢筋表面钝态破坏，产生严重腐蚀。,（２）和环境成分起化学反应： 混凝土中Ca(OH)2极易在酸性环境分解；在CO2作用下也会变成碳酸钙而使混凝土中性化。,,（３）溶涨和开裂：,硫酸盐含量高的土壤中，借助水分渗透作用，盐类积聚在混凝土内部，引起体积膨胀，使混凝土材料龟裂。钢筋生锈后腐蚀产物也会使混凝土材料开裂。,,４.防护技术 改进组分及配方 涂层 阴极保护：对钢筋混凝土结构的钢筋进 行阴极保护,第二节 材料的摩擦、磨损防护,,,,,,,,,摩擦是两个接触的物体在相互运动过程中，表面之间所产生的阻碍运动的效应。物体之间的摩擦往往使其系统的一部分能量以热量或噪音形式发散消失，同时伴随着表面材料的逐渐消失。 磨损是物体表面相对运动而导致作用表面的物质的不断消失，它是摩擦效应的一种表现和结果。,,,轮胎压痕(TEM5000X),摩擦痕迹(350X),固体的摩擦发生在表面，而任何固体表面都 不是完全光滑的。由于切削刀痕、材料的 塑性变形、加工时振动的存在，使零件表面存在凸凹不平与形状误差，这种表面轮廓对其摩擦学特征有重要的影响。,一 、固体的表面特点与表面的相互接触,,１.固体表面的几何形状 零件表面的真实几何形状是由表面形状偏差、表面波纹和表面粗糙度三部分组成。,表面形状偏差：零件在成形时所具有的宏观任何形状偏差。,,表面波纹度：零件表面上形成的较长而有规律的波浪线，它是在加工时机床-刀具-工件系统的低频振动所引起的零件表面几何误差，具有一定的波高和波距。 表面粗糙度：切削工具对工件表面切削，在表面波纹上形成较小几何轮廓偏差。不同的切削规范和不同的工件材料在表面上形成不同粗糙度。,2材料表面的组织结构及力学性质,材料表面的组织结构 （1）污染层 （2）吸附层 （3）氧化层 （4）变形层,（1）变形层：  切削加工的零件表面由于材料的塑性变 形使其结构发生变化，晶粒细化，形成 变形层。 变形层一般可达几十微米，粗加工时可深达几百 微米。变形层由于硬化作用而具有较高的硬度。,（2）氧化层：  新加工的零件表面在大气中会很快氧化，在几秒钟内形成厚度为1~10nm氧化层，高温时氧化层的形成速度更快。  氧化层的性质与整体材料的性质截然不同,（3）吸附层：  材料表面层原子形成应力场而具有很高的吸引力，因此，表面会吸附空气、水分和各种有机物的分子，并被它们所覆盖。 被吸附到表面的活性物质会向表面的裂纹中渗透，升高裂纹尖端应力，使裂纹进一步向深处扩展，导致表面强度下降。,（4）污染层：  一般在吸附层的表面还存在污染层，主要由环境中微粒的沉积及磨损碎屑组成。,３.固体表面的相互接触,当两个粗糙的物体表面在法向载荷的作用下贴紧时，最先进入接触的是表面上最高的微凸体，随载荷增加，接触微凸体的变形增大，原来处于较低位置的微凸体将逐渐进入接触。当载荷不太大时，接触微凸体发生的是弹性变形；当载荷增大并超过临界值时，接生塑性变形。,二、摩擦,摩擦：两个接触的物体相互运动过程中所发生的阻力，摩擦的 大小一般用摩擦系数表示。 两条摩擦定律:即摩擦系数与名义接触面积无关；摩擦力和载荷成正比 分类：固体表面摩擦按摩擦副的运动形式可分为滑动摩擦和滚动摩擦；按摩擦的运动状分为干摩擦、流体摩擦、边界摩擦和混合摩擦.,(1)干摩擦：常用于表示名义上无润滑的摩擦.一般发生在制动器、摩擦传动及纺织、食品化工机械的部件。这些摩擦中，考虑到污染和安全问题，不允许使用润滑剂. (2)边界润滑摩擦：相对运动的两表面被很薄的润滑膜隔开，边界膜的存在可使摩擦系数降低，并使表面磨损显著减少。,(3)流体润滑摩擦：摩擦表面完全被润滑膜隔开。 靠润滑膜的压力平衡外载荷，在流体润滑中、摩擦 阻力取决于润滑剂的内摩擦(粘度)，这种摩擦状态 具有最小的摩擦系数，在节能、延长寿命和减少磨 损等方面作用显著. (4)混合摩擦：介于上述各摩擦之间，即接触表面间 同时出现干摩擦、边界摩檫和流体润滑摩擦的—种 混合摩擦状态。这是生产实际中最常见的—种摩擦 状态.,三、磨损,1、相互运动的两个物体，由于表面的接触并发生相对运动而不断损失的现象称为磨损. 磨损过程中摩擦表面的 变化： （1）表面微裂纹的生成及其破坏作用 （2）化学反应过程 （3）润滑剂的作用 （4）摩擦表面间材料的转移,2、磨损的分类,(1)疲劳磨损：疲劳磨损也称为接触疲劳磨损 其基本原理为：两表面在相村滚动或滑动过径中，在外载荷引起的交变接触应力作用下，使裂纹在被磨面的表面或次表面形成、扩展并连通。最后剥离下来，形成点蚀或剥落 例如：具有润滑的轴承、齿轮与凸轮长期使用后，摩擦副表面发生接触疲劳磨损，在磨损表面出现麻点与剥落。,接触疲劳是工件(如齿轮、滚动轴承，钢轨和轮箍，凿岩机活塞和钎尾的打击端部等)表面在接触压应力的长期不断反复作用下引起的一种表面疲劳破坏现象，表现为接触表面出现许多针状或痘状的凹坑，称为麻点，也叫点蚀或麻点磨损。有的凹坑很深，呈“贝壳”状，有疲劳裂纹发展线的痕迹存在。在刚出现少数麻点时，一般仍能继续工作，但随着工作时间的延续，麻点剥落现象将不断增多和扩大，例如齿轮，此时啮合情况恶化，磨损加剧，发生较大的附加冲击力，噪声增大，甚至引起齿根折断。,(2)粘着磨损：粘着磨损是指两个相对运动的表面发生相互焊合，在相互运动过程中焊合表面产生撕裂而发生的磨损。其基本过程为：两个相对运动的表面在摩擦力作用下，表面层发生塑性变形．表面的氧化膜或污染膜被破坏，露出新鲜表面而发生焊合、当外力大于焊点的强度时，焊点将被剪断，若剪切正好发生在接触表面，将不会发生磨损，而大多数剪切发生在强度较低方的表面层，形成“材料转移”。在以后的摩擦过程巾，转移(粘着)物将从表面脱落下来形成磨屑。 粘着磨损主要是微凸体接触区域受损引起的，通常发生在重载、高速．特别是产生大量摩擦热的运动副中。过载及润滑不良的轴承、齿轮等常发生粘着磨损,影响粘着磨损的因素   (1)脆性材料的抗粘着磨损能力比塑性材料高。   (2)金属性质越是相近的，构成摩擦副时粘着磨损也越严重。反之，金属间互溶程度越小，晶体结构不同，原子尺寸差别较大，形成化合物倾向较大的金属，构成摩擦副时粘着磨损就较轻微。滑动轴承就是这样的例子，选用淬火钢轴与锡基或铝基轴瓦配对。在受力较小时，选用金属与塑料配对都能减小粘着磨损。,(3)通过表面化学热处理，如渗硫、硫氮共渗、磷化、软氮化等热处理工艺，使表面生成一化合物薄膜，或为硫化物，磷化物，含氮的化合物，使摩擦系数减小，起到减磨作用也减小粘着磨损。  (4)改善润滑条件，如在润滑油中添加极压剂。 (5)粘着磨损严重时表现为胶合。,,,,,,,,,,,,脆屑,,磨粒,磨损材料,,行进,,P,(3)磨粒磨损：硬的颗粒或对磨表面上硬的微凸 体在摩擦过程中引起的材料损失，称为磨粒磨损 。磨粒磨损实质上是材料表面在磨粒作用下发生 塑性变形和断裂的过程。,(1)低应力划伤式的磨料磨损，它的特点是磨料作用于零件表面的应力不超过磨料的压溃强度，材料表面被轻微划伤。生产中的犁铧，及煤矿机械中的刮板输送机溜槽磨损情况就是属于这种类型。 (2)高应力辗碎式的磨料磨损，其特点是磨料与零件表面接触处的最大压应力大于磨料的压溃强度。生产中球磨机衬板与磨球，破碎式滚筒的磨损便是属于这种类型。,(3)凿削式磨料磨损，其特点是磨料对材料表面有大的冲击力，从材料表面凿下较大颗料的磨屑，如挖掘机斗齿及颚式破碎机的齿板。也有以磨损接触物体的表面分类，分为两体磨料磨损和三体磨料磨损。两体磨损的情况是，磨料与一个零件表面接触，磨料为一物体，零件表面为另一物体，如犁铧。而三体磨损，其磨损料介于两个滑动零件表面，或者介于两个滚动物体表面，前者如活塞与汽缸间落人磨料，后者如齿轮间落人磨料。这两种分类法最常用。,影响磨粒磨损的因素     (1)磨料的硬度、大小及形状，磨粒的韧性、压碎强度等。     (2)外界载荷大小、滑动距离及滑动速度。     (3)材料自身的硬度及内部组织。,(4)腐蚀磨损：化学和力学的协同破坏作用可以增加固体表面材料损失的速率。例如：与滑动或滚动相关的力学磨损可以破坏保护膜，从而将基底暴露于腐蚀环境中；另一方面，腐蚀的 反应产物，特别 是坚硬的氧化物颗粒，也会成为磨蚀粒子。,(5)冲蚀磨损：冲蚀磨损指的是材料表面受到细小而 松散的流动粒子冲击时而出现的—种磨损形式。 (6)微动磨损：微动磨损是指两固体接触表面上因出 现周期性小振幅振动所造成损伤的一种特殊的磨损方 式，微动磨损主要发生在相对静止的摩擦副表面，两 接触表面无宏观相对运动。只是在外界变载荷影响下 存在微小振幅的相对震动而引起磨损。,影响磨损的主要因素,(1)服役条件 1）载荷：随载荷增加，摩擦副表面实际接触面积 增大。从而摩擦力增大，摩擦热增加使材料表面损 伤加速。 2）速度：如果滑动速度的增加未引起摩擦表面温 度的激增，则随滑动速度的增加．摩擦时间减少， 材料来不及变形、从而使磨损量减少。若滑动速度 增加使摩擦副表面急剧升混温而软化，则会加剧接 触表由的粘着倾向，使粘着磨损增加。,温度：随温度升高，材料表面的硬度降低，使实 际接触面积增加，导致粘着磨损倾向上升，当温度升 到—定程度后，将使接触表面局部熔化焊合，使粘着 磨损急剧增加同时，温度升高导致摩擦副表面间润滑 油氧化甚至失效，也会加剧磨损。因此在高温的服役 条件下，应选择石墨、二氧化钼作为润滑剂。,表面粗糙度：—般情况下，表面越粗糙，摩擦阻力越大，摩擦系数也越大，磨损就愈严重 但表面太光滑也会使接触面积增加和表面的储油能力下降，从而使磨损增加。 表面污染层与润滑膜：材料表面吸附的表面污染层，在摩擦过程中可降低接触表面间的粘着倾向，起到减磨润滑作用。,(2)材料本身性质的影响 材料的机械除能：硬度对耐磨性有很大影响 ,一 般说来，硬度越高，耐磨性越好。尤其对于软性材 料来说，提高硬度可明显改善耐磨性。 塑性与韧性对硬脆材料的耐磨性影响较大， 硬脆 材料在磨损过中，表层容易萌生裂纹并扩展，从而 导致表层剥离，若提高材料的塑性与韧性，将增加 材料阻止裂纹扩展的能力，可明显提高耐磨性。,化学成分和组织结构的影响：材料的化学成分对磨损有较大影响。对 钢材而言，原子半径小的元素，如；碳、氢、磷、硼等，以间隙固溶 的形式存在于钢中，使钢的硬度增加，从而提高耐磨性，钛、、钒、 钨、铌、铬等元素与钢中的碳、氮元素形成弥散而细小的碳化物或氮 化物、提高钢的耐磨性，硼、钼、铬、镍等元素加人钢中，提高钢的 淬透性而获得坚硬的马氏体组织，从而提高耐磨性，钢中的铅、硫、 磷等元素能够提高耐磨性。如在摩檫过程中，钢材表面以自由状态存 在的铅颗粒容易脱落．被碾压成膜而具有良好的润滑效果；硫元素与 铁、钼、钨等元素反应形成具有减磨效果的FeS、MoS2、WS2化合 物；钢中的磷元素可在表由形成五氧化二磷保护膜，减少表面粘着倾 向，并抵抗大气腐蚀。,材料的组织结构对磨损有较大的影响，在摩 擦过程中，两种金属材料的互溶性越好，粘 着磨损的倾向越大，两种材料差别越大，则 它们之间的粘着磨损倾向越小；,四、润滑与润滑材料,1 流体润滑 固体摩擦表面之间靠一层充分厚的粘性流体膜进 行润滑，叫流体润滑。流体润滑的条件是在摩擦表 面之间维持一层足够厚度的流体润滑膜。,边界润滑,如果摩擦表面承受压力太大．相对运动速度太低， 则摩擦表面粘性流体润滑剂的压力不足以平衡外载， 流体膜的厚度就会减少到分子级大小，形成流体膜在 一定程度上起保护摩擦表面的作用，这种摩擦状态叫 边界润滑。边界润滑摩擦系数高于流体润滑,3 润滑材料,（1）液体润滑剂 矿物油；合成油；水基液体 (2)固体润滑剂 常用的固体润滑剂：石墨、二硫化钼、氮化硼、氧化 铅、聚四氟乙烯、软金属(铅锌、锡、金、银)。 (3)润滑脂,五、减少磨损的方法,1改善设计，提高加工和装配质量 2使用良好的润滑剂 3采用高耐磨材料 4对材料进行表面处理,减磨的表面处理方法,1电镀和喷涂覆盖层 常见为表面镀铬、镀钼；喷涂软金属 2 表面形变强化处理。 3表面化学热处理 4 接触表面润滑,