金属材料磨损问题及其防护探讨

赵阳

摘 要：目前，在国内的材料工业中，金属材料磨损是材料工业发展的一个很大的问题，它关乎整个工业产品的质量与经济效益，材料磨损过大的话一方面直接降低产品的质量，另一方面也会对整个企业的信誉造成伤害。所以务必要对金属材料的磨损形式及磨损原理进行具体的分析，再寻找出相应的解决措施来降低金属材料磨损对材料工业造成的经济损失。本文通过对金属材料的磨损问题进行探讨，并提出了一些可行的应对措施。

关键词：金属材料 磨损 防护

中图分类号：TO407 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（a）-0080-01

材料科学是众多基础科学里面的重中之重，材料科学的健康推动着工业企业的正常发展，然而金属材料又是材料科学里的最重要的材料之一，所以金属材料的磨损问题一直受到相关行业的青睐，磨损、断裂与腐蚀是金属材料失效的三种主要形式，然而磨损失效又是这三种形式当中最常出现的，因此，怎么样来应对金属材料的磨损失效是金属材料防护的关键，同时也成为工业领域发展的不可或缺的一部分。

1 磨损的基本含义及其过程

1.1 磨损的含义

构件表面相接触并作相对运动时，表面逐渐有微小的颗粒物分离出来形成松散的尺寸与形状均不相同的碎屑，使表面材料逐渐损失，即导致机件尺寸变化和质量的损失，这一表面损失的过程就是磨损。

1.2 磨损的过程

跑合阶段：出现在摩擦副的初始运动阶段，由于物体的表面存在着粗糙度，微凸体的接触面小，接触应力较大，磨损速度则快；在一定程度的载荷作用力下，摩擦表面渐渐磨平，实际的接触面积逐步增大，磨损速度则变慢。

稳定磨损阶段：出现在磨损副的正常运行阶段，经过了跑合之后，摩擦表面加工硬化，微型几何形状改变，实际接触面积增大，压强减小，从而创造了弹性接触的条件，磨损初步稳定，其磨损量与时间成正比，随时间的增长而缓慢增多。

剧烈磨损阶段：出现在摩擦副的后期运动阶段，由于摩擦条件发生了很大的变化，比如金属自身的组织条件发生变化或者是温度在短期内迅速升高，这样直接加剧的了材料磨损的速度，此时机械效率降低，精度下降，机体出现非正常的噪音或者是振动，最终导致零件完全失效。

2 金属材料磨损的利弊

总的来说磨损的坏处远远大于好处，金属材料磨损的好处主要体现在“研磨”，这种磨损可以使零件表面的粗糙度降低，使刀刃变得锋利，又如大部分机动型摩托车的发动机也必须在一段磨合时期过后，发动机的马力才能发挥到最大。

实际上，不同金属材料副表面之间的相互摩擦和相互运动时无法避免的，其危害主要有以下几个方面：第一就是破坏材料的美观度，材料在磨损过后直接发生了物体形变，变得扭曲，其美观度下降；第二就是加速材料的腐蚀，磨损后残留的大量碎屑如果尚未及时清除会与金属发生一系列的化学反应进而加快材料的腐蚀；第三就是影响成品的质量，即成品的尺寸精度和表面质量等；第四就是耗费了大量的材料，增大了成品的成本，浪费了国家资源，原本可用的材料在经过磨损后大大降低了其可用性；第五就是减少机器的使用寿命，降低其安全可靠性，很多机器在剧烈磨损后报废，影响了工业的正常运行，严重的还会导致意外事故的发生，影响人身安全，造成巨大的经济损失。

3 金属材料磨损失效的主要形式

3.1 磨粒磨损失效

由于金属的磨粒磨损导致金属材料的相应性能失效，这是材料磨损失效的普遍形式。磨粒沿着一个固体表面相对运动产生磨损，当磨粒运动方向与固体表面平行时，磨粒与表面接触处的应力较低，固体表面将会留下擦伤及微小的犁沟印迹；当磨粒运动方向与固体表面处于垂直状态时，这时将会产生高应力碰撞，在固体表面会留下深深的沟槽。

3.2 疲劳磨损失效

由于金属材料的摩擦副表面在相对滑动时一般会忽视周期负荷的作用，长此以往的工作势必会让接触应力加大，当这一接触应力过大时，则会使得金属材料发生巨大形变，金属材料功能由此失效。可见疲劳磨损失效是一种长期的不正当负荷导致的失效，有着很大的安全隐患，会造成金属材料变形或者使金属表面出现裂痕。

3.3 黏着磨损失效

由于黏着磨损导致金属性能失效，当摩擦副接触时，接触首先发生在少数几个独立的微凸体上，所以在一定方向的载荷作用下，微凸体的局部压力就可能超过材料的屈服压力而发生塑性形变，继而使两摩擦表面产生粘着，在相对滑动的过程中，如果粘着点发生在界面，则磨损轻微；要是在界面以下，则会形成游离磨粒，这两种作用会是接触面温度迅速上升，导致金属局部融化，而当冷却后，接触面就会固相焊接，再一次的金属表面滑动时，切向力会断开黏接点，金属磨屑产生。

3.4 微动磨损失效

微动磨损是指在互相压紧的金属表面间由于小振幅产生的一种复合形式的磨损，大部分的机器中，容易产生磨损的要属相对滑动的金属材料，相对固定的金属材料则会产生相对轻微的磨损，被氧化的磨屑在磨损过程中起着磨粒作用，使摩擦表面形成麻点，这些麻点是应力集中的跟云，也是零件受动载失效的根源，透过磨屑的颜色可以判断是不是属于微动磨损，铁屑为红色，则振动时会引起微动磨损。

3.5 腐蚀磨损失效

金属在工作的过程中受与外界空气和水汽的接触，化学性质相对活泼的金属则极易与其发生反应，这一过程会难以避免的产生大量的磨损物，而磨损物又与会继续腐蚀材料，产生一连贯的金属失效现象。

4 金属材料磨损的防护方法

4.1 提高金属本身的耐磨型

利用机械方法让金属表面层发生塑性形变，从而形成高硬度、高强的硬化层，或者利用固态相变，通过快速加热的手段对零件表层进行激光淬火、感应淬火、火焰淬火等，这样可以提高材料的抗疲劳性和耐磨型，另外，还可以使用外来元素的固态扩散渗入，从而将金属表面的成分发生根本性质的变化，具体措施如：利用工件表层金属的重新融化和凝固，在融化后参入合金材料后再冷凝从而加大硬度，进而增强耐磨性，还有离子注入、电镀等。

4.2 改善机械工作的环境

机器工作的环境直接影响着金属的磨损程度，所以必须改善机器运行的工作条件，优化设备运行结构，适当合理地控制好机械运行时间，及时清除金属磨损的碎屑物；在不同的工作环境中，应该选择不同抗磨损性质的材料，提高材料使用的针对性，因为在抗磨性质相差悬殊的情况下势必会导致一方材料的迅速磨损，其相对磨损程度的加大，因此，相对性质的金属材料在相对运动的过程中不易被磨损。

4.3 定期维修保养金属材料

除了上述措施后，还应该对机器零件定时维修保养，对磨损程度大的材料进行更换，以此提高整体金属材料的使用期限，提高机械设备的可靠性安全性。

5 结语

总之，金属材料磨损不可避免，但是必须采取针对性的措施来增强金属的抗磨性和使用寿命，才能防止重大经济损失的出现，提高能源的可持续性发展。

参考文献

[1] 张剑锋.磨损与抗磨技术[M].天津科技翻译出版公司，2011.

[2] 李生华.摩擦对发动机润滑耐久性影响[J].机械科学与技术，2006.