金屬材料磨損問題及其防護探討

趙陽

摘 要：目前，在國內的材料工業中，金屬材料磨損是材料工業發展的一個很大的問題，它關乎整個工業產品的質量與經濟效益，材料磨損過大的話一方面直接降低產品的質量，另一方面也會對整個企業的信譽造成傷害。所以務必要對金屬材料的磨損形式及磨損原理進行具體的分析，再尋找出相應的解決措施來降低金屬材料磨損對材料工業造成的經濟損失。本文通過對金屬材料的磨損問題進行探討，并提出了一些可行的應對措施。

關鍵詞：金屬材料 磨損 防護

中圖分類號：TO407 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（a）-0080-01

材料科學是眾多基礎科學里面的重中之重，材料科學的健康推動著工業企業的正常發展，然而金屬材料又是材料科學里的最重要的材料之一，所以金屬材料的磨損問題一直受到相關行業的青睞，磨損、斷裂與腐蝕是金屬材料失效的三種主要形式，然而磨損失效又是這三種形式當中最常出現的，因此，怎么樣來應對金屬材料的磨損失效是金屬材料防護的關鍵，同時也成為工業領域發展的不可或缺的一部分。

1 磨損的基本含義及其過程

1.1 磨損的含義

構件表面相接觸并作相對運動時，表面逐漸有微小的顆粒物分離出來形成松散的尺寸與形狀均不相同的碎屑，使表面材料逐漸損失，即導致機件尺寸變化和質量的損失，這一表面損失的過程就是磨損。

1.2 磨損的過程

跑合階段：出現在摩擦副的初始運動階段，由于物體的表面存在著粗糙度，微凸體的接觸面小，接觸應力較大，磨損速度則快；在一定程度的載荷作用力下，摩擦表面漸漸磨平，實際的接觸面積逐步增大，磨損速度則變慢。

穩定磨損階段：出現在磨損副的正常運行階段，經過了跑合之后，摩擦表面加工硬化，微型幾何形狀改變，實際接觸面積增大，壓強減小，從而創造了彈性接觸的條件，磨損初步穩定，其磨損量與時間成正比，隨時間的增長而緩慢增多。

劇烈磨損階段：出現在摩擦副的后期運動階段，由于摩擦條件發生了很大的變化，比如金屬自身的組織條件發生變化或者是溫度在短期內迅速升高，這樣直接加劇的了材料磨損的速度，此時機械效率降低，精度下降，機體出現非正常的噪音或者是振動，最終導致零件完全失效。

2 金屬材料磨損的利弊

總的來說磨損的壞處遠遠大于好處，金屬材料磨損的好處主要體現在“研磨”，這種磨損可以使零件表面的粗糙度降低，使刀刃變得鋒利，又如大部分機動型摩托車的發動機也必須在一段磨合時期過后，發動機的馬力才能發揮到最大。

實際上，不同金屬材料副表面之間的相互摩擦和相互運動時無法避免的，其危害主要有以下幾個方面：第一就是破壞材料的美觀度，材料在磨損過后直接發生了物體形變，變得扭曲，其美觀度下降；第二就是加速材料的腐蝕，磨損后殘留的大量碎屑如果尚未及時清除會與金屬發生一系列的化學反應進而加快材料的腐蝕；第三就是影響成品的質量，即成品的尺寸精度和表面質量等；第四就是耗費了大量的材料，增大了成品的成本，浪費了國家資源，原本可用的材料在經過磨損后大大降低了其可用性；第五就是減少機器的使用壽命，降低其安全可靠性，很多機器在劇烈磨損后報廢，影響了工業的正常運行，嚴重的還會導致意外事故的發生，影響人身安全，造成巨大的經濟損失。

3 金屬材料磨損失效的主要形式

3.1 磨粒磨損失效

由于金屬的磨粒磨損導致金屬材料的相應性能失效，這是材料磨損失效的普遍形式。磨粒沿著一個固體表面相對運動產生磨損，當磨粒運動方向與固體表面平行時，磨粒與表面接觸處的應力較低，固體表面將會留下擦傷及微小的犁溝印跡；當磨粒運動方向與固體表面處于垂直狀態時，這時將會產生高應力碰撞，在固體表面會留下深深的溝槽。

3.2 疲勞磨損失效

由于金屬材料的摩擦副表面在相對滑動時一般會忽視周期負荷的作用，長此以往的工作勢必會讓接觸應力加大，當這一接觸應力過大時，則會使得金屬材料發生巨大形變，金屬材料功能由此失效。可見疲勞磨損失效是一種長期的不正當負荷導致的失效，有著很大的安全隱患，會造成金屬材料變形或者使金屬表面出現裂痕。

3.3 黏著磨損失效

由于黏著磨損導致金屬性能失效，當摩擦副接觸時，接觸首先發生在少數幾個獨立的微凸體上，所以在一定方向的載荷作用下，微凸體的局部壓力就可能超過材料的屈服壓力而發生塑性形變，繼而使兩摩擦表面產生粘著，在相對滑動的過程中，如果粘著點發生在界面，則磨損輕微；要是在界面以下，則會形成游離磨粒，這兩種作用會是接觸面溫度迅速上升，導致金屬局部融化，而當冷卻后，接觸面就會固相焊接，再一次的金屬表面滑動時，切向力會斷開黏接點，金屬磨屑產生。

3.4 微動磨損失效

微動磨損是指在互相壓緊的金屬表面間由于小振幅產生的一種復合形式的磨損，大部分的機器中，容易產生磨損的要屬相對滑動的金屬材料，相對固定的金屬材料則會產生相對輕微的磨損，被氧化的磨屑在磨損過程中起著磨粒作用，使摩擦表面形成麻點，這些麻點是應力集中的跟云，也是零件受動載失效的根源，透過磨屑的顏色可以判斷是不是屬于微動磨損，鐵屑為紅色，則振動時會引起微動磨損。

3.5 腐蝕磨損失效

金屬在工作的過程中受與外界空氣和水汽的接觸，化學性質相對活潑的金屬則極易與其發生反應，這一過程會難以避免的產生大量的磨損物，而磨損物又與會繼續腐蝕材料，產生一連貫的金屬失效現象。

4 金屬材料磨損的防護方法

4.1 提高金屬本身的耐磨型

利用機械方法讓金屬表面層發生塑性形變，從而形成高硬度、高強的硬化層，或者利用固態相變，通過快速加熱的手段對零件表層進行激光淬火、感應淬火、火焰淬火等，這樣可以提高材料的抗疲勞性和耐磨型，另外，還可以使用外來元素的固態擴散滲入，從而將金屬表面的成分發生根本性質的變化，具體措施如：利用工件表層金屬的重新融化和凝固，在融化后參入合金材料后再冷凝從而加大硬度，進而增強耐磨性，還有離子注入、電鍍等。

4.2 改善機械工作的環境

機器工作的環境直接影響著金屬的磨損程度，所以必須改善機器運行的工作條件，優化設備運行結構，適當合理地控制好機械運行時間，及時清除金屬磨損的碎屑物；在不同的工作環境中，應該選擇不同抗磨損性質的材料，提高材料使用的針對性，因為在抗磨性質相差懸殊的情況下勢必會導致一方材料的迅速磨損，其相對磨損程度的加大，因此，相對性質的金屬材料在相對運動的過程中不易被磨損。

4.3 定期維修保養金屬材料

除了上述措施后，還應該對機器零件定時維修保養，對磨損程度大的材料進行更換，以此提高整體金屬材料的使用期限，提高機械設備的可靠性安全性。

5 結語

總之，金屬材料磨損不可避免，但是必須采取針對性的措施來增強金屬的抗磨性和使用壽命，才能防止重大經濟損失的出現，提高能源的可持續性發展。

參考文獻

[1] 張劍鋒.磨損與抗磨技術[M].天津科技翻譯出版公司，2011.

[2] 李生華.摩擦對發動機潤滑耐久性影響[J].機械科學與技術，2006.