摩擦磨损与润滑2(4)

3.氢致磨损鲍烈可夫等发现，在摩擦表面上氢的浓度有所上升，而使磨损加速，称为氢致磨损。a.氢可能来自材料本身或环境介质（润滑油、水），在摩擦过程中，由于力学和化学的作用，导致氢的析出，并不断地进入摩擦副材料的表面层。b.介质中的氢扩散到金属表面的变形层中，由于温度和应力梯度，使氢在扩散后形成富集。 3.氢致磨损c.由于氢的渗入，使表面变形层出现大量的裂纹源。并在很短的时间内形成非常细小而分散的粉末状磨屑。氢致磨损不同于钢的氢脆现象，它只是在摩擦过程中，碳氢类化合物断裂的C-H吸附在金属表面上，在摩擦过程中引起的。 4.5.2腐蚀磨损的一般物理过程腐蚀磨损的物理过程可以用简化图解来表示 腐蚀磨损的磨损率方程也可写成如下形式：Rv?KcN3?s式中，Kc-为腐蚀磨损的磨损系数，它与反应膜的临界厚度以及接触状态等因素有关。一般Kc在10?2~10?6的范围之内。 4.5.3影响腐蚀磨损的因素1.腐蚀介质一般酸性介质的腐蚀性较强，而碱性介质的腐蚀性较弱。介质浓度对腐蚀磨损的影响十分复杂，往往因材料而异。2.缓蚀剂由于在腐蚀磨损中，机械作用主要是通过影响电极反应的阳极过程，增加阳极溶解速度，促使材料腐蚀。而在腐蚀介质中添加缓蚀剂，可在阳极上形成钝态的保护膜，以抑制阳极过程。 3.温度（1）提高化学反应速度，从而增加腐蚀速度；（2）降低氧溶解度，从而降低腐蚀速度。 实际中表现出的磨损，常不能单纯地纳入上述四类基本形式。有许多是以上基本类型的转化或复合。如图所示随速度及载荷的变化，磨损类型也在变化。这说明，磨损类型可以随工作条件的变化而发生转化。磨损随速度转化示意图磨损随载荷转化示意图 §4-6 微动磨损微动磨损主要是上述四种基本磨损机理综合作用而形成的一种磨损形式。当相互接触的两个固体表面以小振幅（一般小于100μm）振动而相互作用时，就会产生这种磨损现象。一般发生在轴颈、螺栓联接、键槽等配合较紧的零件上，以及金属密封和离合器中。这种磨损会在零件的工作表面产生疲劳裂纹和微小的半球状麻点。在紧固件接触中，由于载荷在一定频率的作用下，使紧固件松动，噪声增大。严重时会因磨屑的聚集而导致摩擦副咬死。微动磨损还会使表面或亚表面层中产生微裂纹，在应力反复作用下发展成疲劳断裂，称为微动疲劳。微动磨损的发生过程：接触压力使结合面上真实接触的峰顶塑性变形，产生粘着；小振幅振动将粘着接点剪切脱落，露出基体金属表面； 脱落的颗粒和新生表面又与氧反应生成以Fe2O3为主的氧化物磨屑。由于振幅很小，磨屑不易离开表面，就停留在表面上起磨料的作用（三体磨料磨损）。同时，又因应力的反复作用，微裂纹可发展成疲劳断裂。如果应力足够大，疲劳会继续扩展，以致完全破坏。微动磨损的损坏特点：摩擦表面有较集中的凹坑，因为活动区很小，粘着、疲劳均集中在很小的范围内。磨损产物是红褐色的氧化物细颗粒。冯一鸣（Feng）等将微动磨损随循环次数的变化分成4个阶段。OA段为起始摩擦时，由于金属转移和磨损造成曲线上升；AB段为过渡阶段，从剪切脱落转到磨料磨损；微动磨损失重-循环次数关系BC段磨料作用下降，磨曲线损速率也下降；最终的CD段是由于磨屑增多，隔开接触表面，使粘着减轻，磨损速率低而稳定的阶段。 4.6.1磨损机理a.粘着的作用表面粗糙不平，在凸峰处首先开始接触。虽有氧化膜和吸附物质的保护，但由于小振幅的振动，使其很快就破坏，从而形成金属的冷焊接点。这种接点在法向力和切向力的联合作用下，经过多次反复，会在表面下诱发疲劳裂纹。 b.磨屑的作用在微动磨损的初始阶段，粘着材料可能转移到对摩面上，又可能转移回来。不同材料的配偶中，材料从低硬度一方向高硬度一方的表面转移。在此过程中可能形成几种磨屑：⑴转移材料逐步氧化，被逐出表面而成磨屑；⑵连续转移形成的氧化膜反复疲劳产生磨屑；⑶表面凸峰微切削作用产生的磨屑。这类磨屑主要以金属形式脱离母体，但在不断的微动过程中，被粉碎得越来越细，使之具有极大的化学活性，极易氧化。 钢铁的微动磨屑呈红棕色，为Fe2O3，是铁元素的最终氧化物。微动磨损由于界面上有磨屑存在，所以构成三体磨损，对表面的损伤比一般滑动摩擦的高。但如果金属的硬度高、脆性高，则有时氧化物磨屑可以阻止进一步粘着而起到保护表面的作用。甚至到微动后期，磨屑增多，将表面完全隔开，从而减小粘着，对载荷起着缓冲作用，直到完全阻止微动。c.脱层的作用微动磨损属于低速滑动。苏（Suh）认为，只有应力循环交变的次数很多，才能形成亚表面裂纹。经实验观察，微动形成的片状磨屑是在原位上由金属破裂而成，而不是由粘着从对摩面上转移来的。有人提出了微动磨损的模型：表面破裂——亚表面破裂——片状磨屑产生——微动疲劳裂纹萌生。亚表面裂纹的形成，并不是发生在表面下一定深度处，而是在一个深度范围内，因此，一个部位可以产生多层薄片磨屑。d.氧化的作用氧化对微动磨损有很重要的影响和作用，故微动磨损常称为微动腐蚀。氧化膜可以减缓磨损。氧化膜有一个临界厚度，大于此厚度才能有效地降低磨损。在高温下，氧化膜厚度明显增加，能牢固地与基体结合，可表现出较强的抗微动磨损的能力。在微动作用下，金属常生成微米量级的釉质氧化膜。它虽是釉质（一般为无定形结构），却有明显的晶型，一般为尖晶石结构。由于其表面光滑，摩擦和磨损明显下降，是一种理想的抗微动磨损的保护膜。 4.6.2预防微动磨损的一般性原则1.应区分由“力控制”和由“位移控制”这两种微动磨损。对于前者应增大摩擦系数或增大法向载荷以减小滑移幅值；对于后者，则应减小摩擦系数和法向载荷，以减小磨损。2.改进设计，消除引发微动的相对运动；减少应力集中等。3.采用喷丸处理和合适的表面涂层等表面处理技术。 4.在两接触面间插入垫片，如用软金属片或低弹性模量的聚合物薄片将两表面隔离，靠垫片的塑性或弹性变形来吸收微动。5.在接触界面上加无腐蚀性的润滑剂。§4-7 磨损理论4.7.1研究磨损理论的重要性 1.磨损现象的综合性其一是在实际的摩擦副中，往往是多种形态的磨损同时发生，并且相互影响；其二是即使是单一形态的磨损现象，也往往是机械的、化学的、电化学的以及力化学的多种效应综合作用的结果。2.磨损现象的不稳定性不仅表现在它的时变特征和渐进的动态过程，而且还表现在对它所在的摩擦学系统中的各种因素做用的响应。 磨损现象的这种复杂性往往是使室内试验的结果难于应用在工程实际的主要原因之一。必须从本质上深入研究磨损机理，以建立能综合阐明磨损发生与发展规律性的统一的磨损理论；否则，就不可能期望在磨损的预防与控制上取得根本性的突破。 4.7.2磨损理论的研究进展1.“犁沟”理论这是最早提出的一种磨损理论。这种理论认为磨损是摩擦副中界面上一侧的微凸体推压并切掉另一侧微凸体的现象，即把磨损看作是一种切削现象。其最大缺点是把磨损现象仅仅归结为机械作用的结果，而丝毫没有考虑摩擦表面上的各种非机械作用。 2.“粘附”理论1946年霍姆建立他认为在平面接触的情况下，互相接近的两个表面，由于摩擦作用，一方的原子被对方原子捕捉的现象就是磨损，并导出了霍姆磨损方程。拉宾诺维奇和阿查德等人做了修正，提出了脱落的磨屑的计算模型和磨损方程。这种理论无法解释在滑动摩擦条件下游离的磨屑的形成，也无法解释两个摩擦表面中硬材料表面也会发生磨损的现象。