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1、1第一篇第一篇 材料磨损基础材料磨损基础Chapter 1:材料的磨损材料的磨损Chapter 2:固体表面结构与接触特性固体表面结构与接触特性Chapter 3:材料的磨损机理材料的磨损机理2Chapter 3:材料的磨损机理材料的磨损机理3.1 粘着磨损粘着磨损3.2 磨粒磨损磨粒磨损3.3 腐蚀磨损腐蚀磨损3.4 疲劳磨损疲劳磨损3.5 冲蚀磨损冲蚀磨损3.6 微动磨损微动磨损33.3 腐蚀磨损腐蚀磨损3.3.1 腐蚀磨损概述腐蚀磨损概述3.3.2 腐蚀磨损模型与原理腐蚀磨损模型与原理3.3.3 腐蚀磨损影响因素腐蚀磨损影响因素43.3.1 腐蚀磨损概述腐蚀磨损概述腐蚀磨损腐蚀磨损是一种
2、极为复杂又常见的磨损形式，它是材是一种极为复杂又常见的磨损形式，它是材料受腐蚀和磨损综合作用的磨损过程。料受腐蚀和磨损综合作用的磨损过程。腐蚀磨损是指腐蚀磨损是指摩擦副对偶表面在相对滑动过程中，表面材料与周围介质发生化学或电化学反应，并伴随机械作用而引起的材料损失现象，称为腐蚀磨损。5粘着磨损粘着磨损腐蚀磨损腐蚀磨损磨粒磨损磨粒磨损腐蚀腐蚀磨损磨损对对环境环境、温度温度、介质介质、滑动速度滑动速度、载荷大小及润滑载荷大小及润滑条件条件等极为敏感。稍有变化就可能使腐蚀磨损发生很等极为敏感。稍有变化就可能使腐蚀磨损发生很大变化，当腐蚀成为主要原因时，通常都有几种磨损大变化，当腐蚀成为主要原因时，通
3、常都有几种磨损机理存在，各种机理之间还存在着复杂的相互作用。机理存在，各种机理之间还存在着复杂的相互作用。63.3 腐蚀磨损概述腐蚀磨损概述腐蚀磨损分为腐蚀磨损分为化学腐蚀磨损化学腐蚀磨损和和电化学腐蚀磨损电化学腐蚀磨损。化学化学腐蚀磨损又分为氧化磨损和特殊介质腐蚀磨损。腐蚀磨损又分为氧化磨损和特殊介质腐蚀磨损。化学腐蚀磨损化学腐蚀磨损氧化磨损氧化磨损特殊介质腐蚀磨损特殊介质腐蚀磨损电化学腐蚀磨损电化学腐蚀磨损这种磨损通常是轻微的磨损，但在这种磨损通常是轻微的磨损，但在高温和潮湿高温和潮湿的环境的环境中它可以变为严重磨损。在腐蚀磨损中工作条件不中它可以变为严重磨损。在腐蚀磨损中工作条件不同，作
4、用程度亦不同，化学反应与机械作用可以是交同，作用程度亦不同，化学反应与机械作用可以是交替进行的并且互相起促进作用。替进行的并且互相起促进作用。783.3 腐蚀磨损腐蚀磨损3.3.1 腐蚀磨损概述腐蚀磨损概述3.3.2 腐蚀磨损模型与原理腐蚀磨损模型与原理3.3.3 腐蚀磨损影响因素腐蚀磨损影响因素93.3.2 腐蚀磨损模型与原理腐蚀磨损模型与原理 (1)化学腐蚀磨损化学腐蚀磨损 腐蚀磨损腐蚀磨损最常见的是氧化磨损最常见的是氧化磨损why？除金、铂等少数金属外，大多数金属表面都被氧化膜覆盖着，纯净金属瞬间即与空气中的氧起反应而生成单分子层的氧化膜，且膜的厚度逐渐增长，增长的速度随时间以指数规律减
5、小。10 当形成的氧化膜被磨掉以后，又很快形成新的氧化膜，可见氧化磨损是由氧化和机械磨损两个作用相继进行的过程。一般情况下氧化膜能使金属表面免于粘着，氧化磨损一般要比粘着磨损缓慢，因而可以说氧化磨损能起到保护摩擦副的作用。氧化磨损的实质是在金属表面与气体介质发生氧化反氧化磨损的实质是在金属表面与气体介质发生氧化反应，生成氧化膜，其厚度逐渐增加，但增长速度随时应，生成氧化膜，其厚度逐渐增加，但增长速度随时间推移，按指数规律而减少，多数金属表面氧化膜厚间推移，按指数规律而减少，多数金属表面氧化膜厚度为度为10-10cm，有些氧化膜相当硬。，有些氧化膜相当硬。若在滑动过程不再增加或不被磨去，足以起到
6、保护作若在滑动过程不再增加或不被磨去，足以起到保护作用。用。但氧化膜产生断裂和剥落，被剥落的氧化物本身在摩但氧化膜产生断裂和剥落，被剥落的氧化物本身在摩擦面之间就形成了磨粒磨损，新的腐蚀磨损兼有腐蚀擦面之间就形成了磨粒磨损，新的腐蚀磨损兼有腐蚀与磨损的双重作用，二者不可忽视。与磨损的双重作用，二者不可忽视。根据氧化膜的机械性质，可分为根据氧化膜的机械性质，可分为两种氧化磨损模型。两种氧化磨损模型。11脆性氧化膜的氧化磨损脆性氧化膜的氧化磨损韧性氧化膜的氧化磨损韧性氧化膜的氧化磨损12根据氧化膜的物理特征3.3.2 腐蚀磨损模型与原理腐蚀磨损模型与原理膜层硬度剥落特征磨损速率氧化膜氧化膜脆性氧化
7、膜脆性氧化膜韧性氧化膜韧性氧化膜3.3.2 腐蚀磨损模型与原理腐蚀磨损模型与原理14请描述下图所示的氧化膜特征，请阐明分析的理由？3.3.2 腐蚀磨损模型与原理腐蚀磨损模型与原理153.3.2 腐蚀磨损模型与原理腐蚀磨损模型与原理l 1.脆性氧化膜的氧化磨损脆性氧化膜的氧化磨损 在一定的气体介质中，金属材料表面会形成脆性氧化膜。因为此膜与金属基体差别很大，在达到一定厚度时，很容易被摩擦表面上的微凸体的机械作用去除，而暴露出新的基体表面，又开始新的氧化过程，反复进行。l2.韧性氧化膜的氧化磨损韧性氧化膜的氧化磨损 腐蚀磨损在一定条件下，形成氧化膜是韧性的，而且比金属基体还软，当受摩擦表面微凸体机
8、械作用时，可能有部分被去除，在继续磨损过程中，氧化仍然在原有氧化膜的基础上进行，这样磨损比脆性氧化膜的磨损轻微。特殊介质腐蚀磨损特殊介质腐蚀磨损16在摩擦副与酸、碱、盐等特殊介质发生化学腐蚀的情况下而产生的磨损，称为殊殊介质腐蚀磨损。17183.3.2 腐蚀磨损模型与原理腐蚀磨损模型与原理(2)电化学腐蚀磨损电化学腐蚀磨损 金属摩擦件在酸、碱、盐等电解质中，由于形成微电池电化学反应而产生磨损的现象。在电化学腐蚀磨损过程中，按材料腐蚀磨损产物被机械或腐蚀去除的特点也可分为两种磨损。均匀腐蚀条件下腐蚀磨损均匀腐蚀条件下腐蚀磨损在均匀腐蚀条件下的磨损过程中，金属材料在特定介质作用下，首先产生均匀的腐
9、蚀膜产物，之后腐蚀产物又被磨粒或硬质点的机械作用局部去除，使之裸露金属基体，随即又形成新的腐蚀产物，经过反复作用，此处腐蚀速度比被腐蚀膜覆盖处的快得多，腐蚀严重，此磨损也称为均匀腐蚀条件下腐蚀磨损。19腐蚀膜产物机械作用局部去除新的腐蚀产物腐蚀磨损模型腐蚀磨损模型201、相界面腐蚀模型2、应变差异腐蚀电池模型本质和核心：不均匀导致的电位差具有重要影响213.3.2 腐蚀磨损模型与原理腐蚀磨损模型与原理l相界面腐蚀模型 相界面容易成为腐蚀后的薄弱环节。适合的材料：在多相材料中，尤其含有碳化物的耐磨材料22由于碳化物与基体之间存在较大的电位差，而形成腐蚀电池，产生相间腐蚀，极大的削弱碳化物与基体结
10、合力，在磨粒或硬质点的作用下，碳化物很容易从基体脱落或发生断裂。无腐蚀腐蚀碳化物基体摩擦磨损性能碳化物基体摩擦磨损性能请尝试解释原因？233.3.2 腐蚀磨损模型与原理腐蚀磨损模型与原理l在腐蚀磨损过程中，由于磨粒的磨损作用，金属材料表面产生不均匀的塑性变形，形成应变差异腐蚀电池，在塑性变形强烈的部位成为阳极，电位差的作用，首先受到腐蚀破坏，然后在磨粒的继续作用下很容易被去除形成二次磨损。它可使腐蚀速度提高两个数量级左右。应变差异腐蚀电池模型243.3.2 腐蚀磨损模型与原理腐蚀磨损模型与原理l在具有电活性的磨粒与金属材料接触时，会形成磨粒与金属材料电偶腐蚀电池，如图1.3-34。比如在球磨机
11、的湿磨条件下，每一个磨球表面与大量的矿石接触就会形成众多的电偶腐蚀电池，加速腐蚀磨损。253.3 腐蚀磨损腐蚀磨损3.3.1 腐蚀磨损概述腐蚀磨损概述3.3.2 腐蚀磨损模型与原理腐蚀磨损模型与原理3.3.3 腐蚀磨损影响因素腐蚀磨损影响因素263.3.3 腐蚀磨损影响因素腐蚀磨损影响因素 腐蚀磨损是腐蚀与磨损二者综合作用产生的，所以影响因素多又复杂，其中主要是来自于介质和材料的两个方面，介质和材料性质不同，腐蚀磨损量亦不同。1、腐蚀介质的影响、腐蚀介质的影响pH值值介质浓度介质浓度介质温度介质温度2、材料的影响、材料的影响 腐蚀磨损影响因素腐蚀磨损影响因素273.3.3 腐蚀磨损影响因素腐蚀
12、磨损影响因素l 在pH7时，随酸性增加腐蚀磨损量增加。1)1)介质介质pHpH值的影响值的影响 腐蚀介质重点是酸、碱、盐溶液的腐蚀作用。讨论的核心是pH值，pH值不同对腐蚀磨损的影响很大。如对两种回火处理的65Mn钢进行腐蚀磨损试验，磨粒为70目的Al2O3、水和腐蚀剂，试验结果如图1.3-35所示。283.3.3 腐蚀磨损影响因素腐蚀磨损影响因素l腐蚀性较强的H2SO4和HCl介质腐蚀磨损量是碱性介质NaOH的14-16倍。l腐蚀较弱的NaCl和自来水，腐蚀磨损量也为NaOH的1.63.6倍。29尤其是矿石粉碎过程中某些矿石的腐蚀物质与介质的反应物影响，如黄铁矿FeS2中的硫会溶入介质中形成
13、H2SO4引起磨球及其他部件的腐蚀磨损。在实际工作中除介质中的腐蚀性物质直接腐蚀作用外，还由于介质本身产生某些变化，形成新的腐蚀物质，增加金属材料的腐蚀磨损。请问：矿石粉末球磨过程，黄铁矿FeS2的破碎比烧褐铁矿Fe2O3容易很多，为什么？试述：黄铁矿FeS2和烧褐铁矿Fe2O3的磨损机制？及原因？303.3.3 腐蚀磨损影响因素腐蚀磨损影响因素2)介质浓度的影响介质浓度的影响 介质浓度在静态腐蚀和动态腐蚀磨损条件下影响有一定差别。在静态腐蚀条件下，材料的腐蚀速度随介质浓度的变化有两种规律两种规律。313.3.3 腐蚀磨损影响因素腐蚀磨损影响因素A1A2B1B2A1介质浓度低时，材料表面与介质
14、作用会形成一层保护膜A2介质浓度增加，保护膜溶解，腐蚀速度上升B1浓度增加，介质中活化质点或溶解氧浓度增加B2介质电离度减小，氧浓度下降，腐蚀速度下降静态腐蚀323.3.3 腐蚀磨损影响因素腐蚀磨损影响因素l由于磨损的机械作用，在低浓度时，材料表面形成的保护膜被破坏，使腐蚀速度显著增加。而在高浓度活化腐蚀范围内，磨损速度受到的影响相对要小些，趋于稳定。动态的腐蚀磨损条件腐蚀磨损满足第二种腐蚀规律影响，为什么？开始随浓度的增加而上升，然后随浓度的增加而下降333.3.3 腐蚀磨损影响因素腐蚀磨损影响因素 3)介质温度的影响介质温度的影响 在腐蚀磨损中，介质温度对腐蚀磨损的影响一般规律是在其他条件
15、相同的情况下，腐蚀磨损的速度随温度的提高而增加，如图1.3-40。但是由于影响因素多而复杂，对实际问题应进行具体分析。343.3.3 腐蚀磨损影响因素腐蚀磨损影响因素l 材料的影响材料的影响 影响耐磨材料的主要因素是化学成分。在铁碳合金中，加入适量的铬、钒、硼等元素制成耐磨材料以减少磨损。但对不同介质应加入不同种合金元素，即不同的磨粒介质应使用不同耐磨合金，才能获得良好效果。如在砂加CuSO4酸性介质中，含铬15的铸铁，再加钒以提高腐蚀磨损能力。由图可见，随含钒量的增加，腐蚀磨损量减少。35思考题思考题（腐蚀磨损）（腐蚀磨损）1.腐蚀磨损分为哪两大类？腐蚀磨损分为哪两大类？2.简单阐述简单阐述腐蚀磨损的产生过程？腐蚀磨损的产生过程？3.根据氧化膜的机械性质，化学腐蚀磨根据氧化膜的机械性质，化学腐蚀磨损可分为哪两种氧化磨损模型？损可分为哪两种氧化磨损模型？4.了解腐蚀磨损常见的影响因素。了解腐蚀磨损常见的影响因素。5.解释腐蚀磨损随浓度变化规律的原因。解释腐蚀磨损随浓度变化规律的原因。36