磨损机理(三)专题

磨损机理(三)专题腐蚀磨损磨蚀磨损是在摩擦促进作用下，摩擦副的一方或双方与中间物质或环境介质中的某些成分发生化学或电化学并生成反应产物的过程，与此同时，还有机械作用使反应产物脱落，这种以腐蚀为主导的磨损即称为腐蚀磨损有时也称为摩擦化学磨损。单纯的腐蚀现象不能定义为腐蚀磨损，只有当腐蚀现象与机械磨损过程相结合时才能形成。腐蚀磨损和上述三种磨损的机理不同，它是一种极为复杂的磨损过程，经常发生在高温或潮湿的环境中，更容易发生在有酸、碱、盐等特殊介质条件。应当指出，化学或电化学反应与机械摩擦作用是交替进行的，而且是相互促进的。有些情况腐蚀在先，机械作用在后。在另一些情况下，则正好相反。大气中的氧、二氧化碳以及摩擦副的相对电势都对腐蚀磨损有影响。因摩擦副的材料性能、周围介质的性质以及介质在金属表面上造成的腐蚀情况不同，可将腐蚀磨损分为下列四种类型。（1）氧化磨损与空气中的氧作用形成氧化磨损是最常见的一种腐蚀磨损形式。氧化磨损是摩擦副表面金属材料与氧发生化学反应生成氧化膜时的一种磨损。开始时，氧向金属表面渗入并扩散，在分子引力的作用下即形成一流动层，该层充满微凸体的凹谷；环境对氧化速度起着决定性的作用，氧的渗入量不断增加即形成氧化膜，当生成的氧化膜与基体结合牢固时，它起到保护作用，提高了摩擦副的减摩耐磨性能。氧化膜的厚度是逐渐生长的，氧化物的增长量与时间成抛物线关系，当达到一定厚度时容易变脆，摩擦时瞬间发生破裂而脱落。氧化膜剥落后又会再生，可见，氧化物的生成与破坏是交替进行的，这种周期性的剥落即导致磨损。金属氧化磨损的最显著特征是在摩擦表面沿滑动方向呈均细的磨痕，并产生红褐色片状的Fe2O3或灰黑色丝状的Fe3O4磨屑。由于空气中含有氧气，因此除了少数金属(如金、铀等)外，绝大多数金属的表面部有一层氧化膜，洁净的金属表面瞬时即可与大气中的氧发生反应生成单分子层的氧化膜，所以这种磨损也是员常见的一种磨损形式。当表面的氧化速度超过氧化膜的破坏速度、氧化物与基体金属的结合强度大于表面的剪切应为、破坏的厚度小于氧化膜的厚度时，其磨损的速率是很小的。但是，如果不能满足上述条件则可变为严重的磨损，例如在液氧中工作的零部件的磨损。影响氧化磨损的因素有滑动速度、接触载荷、氧化膜的强度、介质的含氧量、温度、润滑条件及材料性能等。在通常情况下，氧化磨损比其它磨损轻微得多。

（2）．微动腐蚀磨损微动腐蚀磨损是相互压紧的两金属表面间产生的微幅振动等过程中发生的一种表面破坏形式。在这种磨损中，氧化作用是主要的，而机械作用仅仅使氧化物从表面脱落下来并形成洁净的表面，它是一种十分复杂的复合式磨损，此种磨损经常集中发生在一个局部区域内，它是微观粘着和疲劳破坏以及腐蚀和磨料磨损的综合过程。微动腐蚀磨损的特征是：接触表面材料的转移速度很小；微动使表面间产生大量磨损产物，其主要成分是由红褐色微片状的氧化物组成的。它是一种磨料。由于表面贴合紧密，磨屑不易从破坏区内清除。微动腐蚀磨损使表面变得粗糙，因而产生应力集中和微观疲劳裂纹，当振动应力很高时裂纹迅速扩展，其破坏速度是很快的，可引起严重磨损，最后导致完全破坏。微动腐蚀磨损多见于过盈配合、花键和螺纹等联接中以及链节和板簧等处。（3）．氢致磨损人们在对摩擦副的研究中发现，在工作前后摩擦副的金属表面层中氢的含量是不同的。摩擦之后金属表面层中氢的浓度会明显上升，而且沿层深方向氢的浓度分布与外载荷的大小有关。氢是以原子状态渗入金属表面变形层的，并在表面层内进行扩散，于是就在金属表层形成了氢的富集，氢在表层的扩散速度取决于表层的温度与应力梯度。在磨损过程中，氢起着破坏作用，它使整个金属变形层内部产生大面裂纹源，于是表面发生突然的片状剥落或逐渐地形成粉末状磨料。在铁路运输、航空和汽车等工业中都可见到这种磨损。4）．特殊介质腐蚀磨损摩擦副与酸、碱、盐等特殊介质作用，在表面上生成墨斑并逐渐扩展成海绵状空洞，最后在摩擦力的作用下剥落。落后有形成磨料，这种磨损称为特殊介质腐蚀磨损。其磨损机理与氧化磨损相似。但是，通常其磨损速度较氧化磨损要快得多。例如，含有铜、锡等元素的滑动油承材料易被润滑剂中的酸性物质所腐蚀。在轴瓦表面上首先形成黑色斑点。并逐步扩展成类似海绵状的空洞，在摩擦过程中呈小块状剥落。此外，某些金属(w、Mo、Ni、cr等)与特殊介质反应还可生成结构紧密、结合强度很高的保护膜或钝化膜，其耐磨性好，可降低摩擦系数并限制腐蚀磨损，这种情况—般不归类于特殊介质腐蚀磨损的讨论范畴。摩擦学负荷、温度等都会使反应速度增大。例如，摩擦氧化形成的氧化铁层增长情况与低温下氧化情况呈明显对照。促使反应过程加快的原因是：（1）阻碍反应的外边界层被“磨”去；（2）参与反应物质的输送得到加速；（3）易起反应的表面积扩大；（4）摩擦热使温度升高；（5）塑性变形过程引起晶格结构破坏，出现有自由键的的表面原子。事实上，摩擦化学磨损的过程与某些添加剂通过生成化学反应膜以防止以防止磨损的过程基本相同。二者的差别在于，化学生成物质是保护表面防止磨损，还是促使表面脱落。化学生成物质的形成速度与被磨掉速度之间存在平衡问题，两者相对大小的不同，将产生不同的效果。因此，应根据使用条件合理选择添加剂化学活性。在最佳活性条件下，既有效的防止了粘着，避免发生突然失效，又不至于产生过度的摩擦化学磨损，使总的磨损最小。摩擦化学磨损的典型形貌：对于铁质材料，常常用肉眼就可以辨认出红棕色或黑色的覆盖层；如用光学显微镜则可看得更清晰。这种覆盖层由α-Fe2O3和Fe3O4构成。若希望起保护作用并降低磨损，则主要是形成结合强度高的反应层。如果表面上出现一定密度的松脱颗粒，若它们起着磨料的作用，就可能使磨损量上升。摩擦化学磨损是微动磨损的一个局部过程，但它并不是这种损坏的唯一原因。摩擦化学磨损主要发生在金属材料表面。即使是耐磨蚀的钢，如果其防锈的钝化膜在摩擦作用下被磨掉，也避免不了要发生磨蚀磨损。陶瓷和聚合物材料，发生摩擦化学磨损的可能性很小。因为摩擦化学磨损的反应物会使滑动副的间隙减小或者完全被阻塞，以致滑动副的相对运动受到阻滞，所以在实际工程中对摩擦化学磨损要特别小心。由于反应层会大大降低导电性能，故在继电器中必须避免这种反应层。

其它磨损除上述四种基本磨损类型外，还有以下几种。(1)浸蚀磨损气蚀和冲蚀磨损统称浸蚀磨损，是疲劳磨损的派生型式。零件与液体接触并作相对运动，当接触处的局部压力低于液体蒸发压力，将形成气泡。另外，溶解在液体中的气体也会析出形成气泡；在液体的流动中，由于紊流的作用，液体内部压力不是均衡的分布，当气泡内的压力大于液体压力时，，气泡立即遭到溃灭，瞬间产生极大的冲击力和高温。气泡形成和溃灭的反作用，使零件表面产生疲劳破坏，出现麻点直至扩展为海绵状空穴，这种磨损称气蚀磨损。如水泵零件、水轮机叶片等都能见到这种磨损。流体夹带尘埃、砂粒、矿物粉末等固体颗粒，以一定的角度和速度冲击固体表面引起的磨损叫冲蚀磨损。例如风机、水泵、水轮机的叶轮和气力输送管道的、火箭尾部喷管管壁等产生的磨损。(2)微动磨损它是两个接触物体作相对微振幅振动而产生的一种磨损。其发生过程是接触压力使接合面上实际承载的微凸体产生塑性变形而发生黏着。微振幅振动便黏着结点受剪脱落，露出基体金属表面。脱落颗粒和新露出的金属表面与大气中的氧起反应生成氧化物