铁系金属磨粒图谱识别 3.粘着磨损

铁系金属磨粒图谱识别
——粘着磨损
1.磨损机理.
由于摩擦副表面粗糙度的存在,通常表面微凸起相互接
触面积只占名义接触面积很小的比例,载荷实际只作用
在峰点间的很小面积之上。

峰点间的直接接触使它们之
间不再存在油膜甚至表面膜也被破坏。

由于它们之间的接触应力大大超过材料的屈服强度而使
峰点产生塑性变形直至固相熔焊。

当结合点随摩擦副进行相对运动时,受剪切力,结合点沿
强度较弱处断开使其脱离其中一个表面而转移到另一表
面上,从而发生磨损。

由于粘着点的强度异于原金属基体，转以后峰点高于原
峰顶，在切向力和法向力的作用下，粘着点会脱落形成
磨粒。

图3-1：粘着磨损发生机理
2.粘着磨损6个磨损等级
粘着磨损发生在毕氏层之下的变形层，在微观上属异常磨损范畴，但在宏观上因发生的面积和深度的不同而有等级上的差别。

粘着磨损依其轻重程度不同可分为6个等级：
（1）轻微磨损:剪切破坏产生在粘着点上；
（2）涂覆:剪切肤浅，一方金属材料以很薄一层转移到另一表面上；
（3）擦伤:剪切发生在亚表层内，表面沿滑动方向出现细小划痕；
（4）划伤:剪切进入金属基体，沿滑动方向产生较重抓痕；
（5）胶合:剪切发生在摩擦副金属较深处，局部发生固相焊合；
（6）咬死:工作表面粘着咬住，相对运动停止；
（1）、（2）两个等级对摩擦副表面破坏甚微，工程概念上仍属于正常磨损范围，严重滑动磨粒依次经过（3）、（4）、（5）产生。

产生过程中，伴随着局部润滑不良，铁系金属产生氧化物，润滑脂高温胶化生成摩擦聚合物；由于局部干摩擦产生高温，有时会出现蓝、黄回火色的磨粒。

3.谱片特征：
（1）严重滑动磨粒：表面光滑但带有明显平行划痕或开裂迹象，棱边平直。

（2）氧化物：氧化铁锈的多晶团粒在白色反射光照射下呈桔黄色，在白色反射偏振光照射下呈桔红色；四氧化三铁团粒为黑色。

（3）摩擦聚合物：通过双色照明，既呈现金属微粒的红色，又透视出摩擦聚合物母体的绿色。

4.谱片分析
（1）严重滑动磨损
图3-2：典型的严重磨损磨粒
严重滑动磨损由于相对运动表面由于负荷过高和速度过大而产生过高剪切应力，切混层不稳定，局部粘着产生大的磨粒，磨粒＞20μm。

图3-2中大磨粒与小磨粒数量的高比例，表明其表面应力值已大大超过允许值。

图3-3：图3-2框内放大部分
严重滑动磨损存在摩擦副表面直接接触摩擦，所以磨粒表面光滑。

图3-4：图3-3框内放大部分
摩擦副表面接触过程中，较硬的表面在另一表面划过时，由于微观表面粗糙，有凸起，所以在另一表面沿运动方向留下平行划痕。

图3-5：图3-4扫描电子显微镜照片
严重滑动磨损的剪切发生在摩擦副金属较深处时，局部发生固相焊合，随后被相对运动撕扯分开，所以磨粒形状多为条状，且棱边平直。

图3-6：典型严重滑动磨损图3-7：图3-6局部放大图3-7可以明显看出表面行划痕及裂纹。

图3-8：典型的严重磨损磨粒
图3-8磨粒右下部分的淡蓝色，显示出因高速滑动引起表面受热。

（2）铁的氧化物
①红色氧化铁（Fe2O3）
图3-9：红色氧化铁锈的多晶团粒
红色氧化铁的多晶团粒在白色反射光照射下，呈现桔黄色。

图3-10：图3-9局部放大
红氧化铁的多晶团粒在白色反射偏振光照射下，呈桔红色.
图3-11：双色显微镜下氧化铁图3-12：图3-11白色反射光和绿色透射光照明双色光照，是利用金属可以反射光但不透光，润滑油一类的透射光但不反射光的特性。

铁等金属磨粒在单反射光的照射下，由于表面的金属光泽特性，将反射光集中反射回去，形成高亮，在透射光照射下，由于不透光，显示为黑色。

而润滑油一类则相反，将反射光透射过去，所以呈现暗色，但在透射光下，将透射光部分透射过来，呈现亮色。

图3-11为红色氧化铁磨粒在双色显微镜下观察的情况。

它们也反射红光，但表面没有游离金属光滑，所以亮度没有游离金属磨粒的高，不仔细观察容易和金属磨粒相混淆.
图3-12为图3-11在白色反射光和绿色透射光照明条件下的情况.红色氧化铁磨粒呈灰色并允许透过少量的绿光。

图3-13：图3-11白色透射光照射下氧化铁
图3-13为的图3-11在白色透射光照射下的情况，此时红色氧化铁磨粒是红棕色的。

（2）黑色氧化铁（Fe3O4）
图3-14：黑色氧化铁团粒图3-15：图3-14白色反射光和绿色透射光照明
图3-14是用缸套发生严重拉伤的柴油润滑油样制成的，铁谱片入口处一个黑色氧化铁团粒，在白色反射光和绿色透射光照射下，呈现黑色。

图3-15为图3-14同一个黑色氧化铁团粒在白色反射光和绿色透射光照射下，放大倍数为1000倍，仍呈现黑色。

图3-16：黑色氧化铁磨粒与被其覆盖的铁磨粒共存视场
③暗金属氧化物
图3-17：暗金属氧化物图3-18：图3-17加热后谱片图3-17由正常磨损磨粒和暗金属氧化物磨粒构成的磨粒沉积带。

用白色反射光和绿色透射光照明,正常磨损的游离金属磨粒呈亮白色,而暗金属氧化物磨粒呈暗黑色。

图3-18为图3-17铁谱片加热330℃后的情况。

游离的金属磨粒因其冶金成分不同,生成不同厚度的氧化层，因而呈现草黄色的回火色。

而暗金属氧化物磨粒却不受加热影响,因为在其生成过程中，已有一层十分厚的表面氧化层,铁谱片加热处理不会再使之发生变化。

图3-19：取自缸套严重拉伤的柴油机的金属氧化物
图3-19为红色氧化铁、黑色氧化铁和暗金属氧化物磨粒在铁谱片上共存的情况。

（3）摩擦聚合物
图3-20：高负荷工况下钢对钢的磨损试验所产生的摩擦聚合物双色照明是观察摩擦聚合物的最好方法,它既照亮了金属微粒(红色)，又显示出了摩擦聚合物母体的透光特性(绿色)。

图3-20谱片上同时存在着严重滑动磨损磨粒和切削磨损磨粒,说明其存在过载。

图3-21：图3-20局部放大
图3-21右下角胶状物，当其胶状物较厚时，反射大部分透射光，所以呈现暗黑色；当胶状物较薄时，透过大部分光，但仍反射少量透射光，所以呈现暗绿色。

图3-22：摩擦传动装置中产生的摩擦聚合物
图3-22装置靠两个光滑的钢表面的摩擦耦合来传递能量，在接触区高应力作用下，润滑油中形成了摩擦聚合物。

图3-23：图3-22局部放大图3-24：图3-23白色反射光和绿色透射光照明图3-24嵌镶在聚合物母体中的大而亮的金属磨粒是铝,来自铝合金制造的传动箱。