磨损机理(三)

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。



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；

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

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。


（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；







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；


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。


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。
磨损机理（三）
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。

(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。氧化颗粒呈红褐色，不易逃逸而留在接合面 上起磨粒作用。若振动应力足够大，微动磨损点形成 应力源，使疲劳裂纹扩展，最终导致表面完全破坏。 由此 可见，微动磨损是黏着、腐蚀、磨粒、疲劳磨 损复合作用的结果。它经常发生在相对静止的摩擦副 中，如过盈配合的接合面、链传动的链节处，摩擦离 合器中摩擦片 的接合面和受振动影响的联接螺纹结 合面等。