第二章-材料表面工程技术基础理论.ppt

相互接触的一对金属表面，在相对运动时不断发生损耗或产生塑性变形，使金属表面状态和尺寸发生改变的现象称为磨损。 磨损表现为松脱的细小颗粒（磨屑）的出现，以及在摩擦载荷作用下，金属表面性质（金相组织、物理化学性能、力学性能）和形状的（形貌和尺寸、粗糙度、表面层厚度）变化。 在机械设备中磨损通常是有害的，它损伤零件工作表面，影响机械设备性能，消耗材料和能源，并使设备使用寿命缩短。 据估算，中国主要支柱产业部门每年因机器磨损失效所造成的损失在400亿元人民币以上。 但磨损有时却是有益的，如新机器的跑合、机械加工中的磨削、研磨等。 一、金属磨损的分类 目前人们公认的最重要的四种基本磨损类型(机理)是粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损和化学磨损。 二、影响金属材料耐磨性的因素 一般认为金属材料的硬度越高，其耐磨性越好。如提高钢中碳的质量分数以及加入碳化物形成元素钨、铬、钒等，可以提高其耐磨性。但硬度并不是影响金属耐磨性的唯一因素，高锰钢（ZGMN13）材料就是一个典型的例子。又如，在相同的硬度下，下贝氏体组织的耐磨性优于马氏体组织。 影响金属材料耐磨性的因素： 晶体结构和晶体互溶性 密排六方晶格的金属具有低摩擦系数，磨损率也低；冶金上互溶性差（指晶格类型、晶格常数、电子密度及电化学性能相差较大）的一对金属摩擦副可获得低摩擦系数和低磨损率，如铜铅合金。 温度升高，金属的硬度下降，且互溶性增强，摩擦加剧；温度升高导致氧化速度加剧也可影响磨损性能。 一般来说，在真空条件下，磨损严重。因为大气可在较短时间内在洁净表面形成一定厚度的氧化膜，从而有防止粘着的作用。 此外在摩擦副间添加润滑剂，也是减小磨损的有效方法。 三、耐磨表面处理 从金属材料表面来研究提高耐磨性问题，一般可从两个方面着手： 使表面具有良好的力学性能---一般来说，在力学性能中最重要的是硬度。在实际生产中通过表面淬火、渗碳等提高零件的表面硬度，或通过一定方法在材料表面形成一层具有较高硬度的涂覆层，如电镀、热喷涂和堆焊等。 设法形成具有非金属性质的摩擦面---非金属性质的摩擦面是通过物理或化学的作用来减少磨损的。如对钢材渗S，氮化、热喷涂层加MoS2、物理气相沉积、化学气相沉积及离子注入等 ，使材料表面形成氮化物、氧化物、硫化物、碳化物以及它们的复合化合物的表面层，这些表面层可以抑制摩擦过程中摩擦副两个零件之间的粘附，熔附以及由此引起的金属转移现象，从而提高耐磨性。 许多表面强化方法往往兼有上述两种特性，因而都可以明显提高材料的耐磨性。 2.3 材料表面腐蚀基础 金属材料表面在环境介质的作用下所引起的破坏或变质称为腐蚀。 所谓环境介质是指和金属接触的物质，例如大气、海水、酸、碱、盐等等，这些物质和金属发生化学反应或电化学反应引起金属的腐蚀，发生生锈、开裂、穿孔、变脆等现象。 金属腐蚀现象非常普遍，象金属制成的日用品、机器部件、船底舰壳、生产工具等保养不好，就会腐蚀，从而造成大量金属消耗。造成无法估量的损失。 因此防腐意义非常重要。 一、金属腐蚀的分类 按腐蚀机理分：主要有化学腐蚀和电化学腐蚀。 1. 化学腐蚀: 化学腐蚀是金属和环境介质直接发生化学作用而产生的损坏，在腐蚀过程中只有电子的得失，没有电流产生，引起金属化学腐蚀的环境介质不能导电。 这种腐蚀的产物一般覆盖在金属的表面。例如金属的高温氧化、非电解质对金属的腐蚀等。 2. 电化学腐蚀 电化学腐蚀是金属在电解质溶液中发生电化学作用而引起的损坏，在腐蚀过程中不仅有电子的得失，而且有电流产生，引起电化学腐蚀的介质都能导电。 电化学腐蚀比化学腐蚀更为常见和普遍，金属在酸、碱、盐、土壤、海水、潮湿大气等介质中的腐蚀均属于电化学腐蚀的范畴，如钢在室温的氧化、铜表面生成铜绿等。 电化学腐蚀产生的原因是不同金属之间或合金中的不同相之间电极电位不同，存在电位差，当存在电解质溶液时便在金属表面形成了原电池，电位低的部分（阳极）被腐蚀，电位高的部分（阴极）被保护，不同金属之间或合金中的电位差越大、原电池效应越明显，腐蚀速度越快。 从上述原理可以看出，金属零件发生电化学腐蚀的基本条件是： 零件是由二种不同金属组成，或使用的合金中不同区域或不同相的电极电位不同。 不同电极电位的部分彼此是非绝缘的，可以有电子的流动。 有电解质存在。 二、金属腐蚀的防护 正确选用金属材料，合理设计工件结构 金属表面覆盖保护层 牺牲阳极的阴极保护法 1. 正确选用金属材料，合理设计工件结构 正确选择金属材料是防止金属腐蚀的最根本措施。应根据材料工作环境中介质的性质、产生腐蚀的类型及程度合理选择材料，在满足主要技术、工艺和经济指标的前提下，应尽可能使用在给定的腐蚀条件下稳定性好的材