1、第二章 摩擦腐蚀基本知识 授 课 教 师 ： 马 静 表面工程 Surface Engineering 1 2 第二章 摩擦腐蚀基本知识 o 材料破坏的两大破坏形式： o 摩擦磨损 o 腐蚀 3 o 摩擦学：研究作相对运动表面及有关理论和 实践的科学技术 o 包括摩擦、磨损和润滑 o 当两个相互接触的物体在外力作用下产生相 对运动或具有相对运动趋势时，在接触面间 产生的切向运动阻力称为摩擦力，这个阻力 与运动方向相平行，这种现象称之为摩擦。 2.1 摩擦与磨损 4 2.1.1 摩擦的分类 1按摩擦副的运动状态分类 2按摩擦副的运动形式分类 3按摩擦副表面的润滑状况分类 4. 按工作环境条件分类
2、 5. 按摩擦产生的程度分类 5 1按摩擦副的运动状态分类 (1)静摩擦 n 一物体沿另一物体表面有相对运动趋势时产 生的摩擦称为静摩擦。这种摩擦力称为静摩 擦力。 n 静摩擦力随作用于物体上的外力而变化，当 外力达到能克服最大静摩擦力时，物体才开 始宏观运动，从而由静摩擦转变为动摩擦。 (2)动摩擦 n 一物体沿另一物体表面相对运动时产生的摩 擦称为动摩擦。阻碍物体运动的切向力称为 动摩擦力。动摩擦力通常小于最大静摩擦力 。 6 2按摩擦副的运动形式分类 o (1)滑动摩擦 n 物体接触表面相对滑动时产生的摩擦称为滑动 摩擦。 o (2)滚动摩擦 n 在力矩作用下，物体沿接触表面滚动时产生的
3、 摩擦称为滚动摩擦 7 3按摩擦副表面的润滑状况分类 o (1)纯净摩擦 n 摩擦表面没有任何吸附膜或化合物时产生的摩擦称 为纯净摩擦。这种摩擦只有在接触面产生塑性变形 使表面膜破坏或在真空中摩擦时才能发生。 o (2)干摩擦(无润滑摩擦) n 在大气条件下，摩擦表面间名义上没有润滑剂存在 时产生的摩擦称为干摩擦，或称无润滑摩擦。 o (3)流体(润滑)摩擦 n 相对运动的两物体表面完全被流体隔开时产生的摩 擦称为流体(润滑)摩擦。当流体为液体时称为液体 摩擦，流体为气体时称为气体摩擦。流体摩擦时摩 擦发生在流体内部。 o (4)边界(润滑)摩擦 n 介于干摩擦和流体(润滑)摩擦之间的一种摩擦
4、形式 ，摩擦表面间存在着一层极薄的润滑膜，这层润滑 膜的存在使得边界摩擦较之干摩擦状态有很大改善 ，但还不足以将两摩擦表面完全分隔开。 8 油膜 膜厚 比 9 o 4. 摩擦副处于高温、高速、低温、真空、 辐射等特殊环境条件下工作，可将摩擦分为 正常工况条件下的摩擦和特殊工况条件下的 摩擦 o 5. 根据产生摩擦的程度，将摩擦分为轻微 摩擦和严重摩擦等。 10 2.1.2 摩擦过程的主要影响因素 简要介绍影响干滑动摩擦的主要因素 o 1材料性质 n 当摩擦副是同一种(或者性质非常接近的)材料，或是两 种有能形成固溶合金的金属时，摩擦较严重。 n 例如铜铜摩擦副的摩擦系数可达1.0以上，铝铁或
5、铝低碳钢摩擦副的摩擦系数大于0.8。而不同金属或 亲和力低的金属组成的摩擦副摩擦系数较低，如银铁 或银低碳钢摩擦副的摩棕系数约为0.03。 n 当摩擦副材料性能接近，并且摩擦表面硬度较低时，往 往容易产生胶合而导致摩擦副损坏。 n 采用性能相差较大的材料作摩擦副 n 如果所采用的摩擦副材料性能接近时，如齿轮摩擦副， 则通常使表面具有较高的硬度。 Why？ 11 2表面粗糙度 o 当摩擦表面的粗糙度发生变化时，会导致摩擦机理 的改变 o 对于粗糙表面，以机械啮合为主；对于光滑表面， 以黏附为主。 o 当摩擦副表面非常粗糙时，摩擦系数较大。然而非 常平滑的表面可能摩擦系数更大，这是因为真实接 触面
6、积增大，表面间的分子作用加强。 o 一般说来，摩擦副存在一最佳粗糙度区间，在这一 间内，所产生的摩擦系数最小。 12 3温度 o 两方面进行分析 n 一方面金属摩擦副随温度升高，可焊性增大， 强度降低，导致真实接触面积增大，黏附程度 增加，从而使摩擦系数增大； n 另一方面随着温度升高，表面发生氧化的程度 增加，形成表面氧化膜的可能性增大，这有可 能导致摩擦系数下降。 o 因此金属摩擦副在一定温度下的摩擦特性将 取决于金属在该温度下的强度、可焊性及所 形成的表面膜。 13 4速度 o 当摩擦表面的相对滑动速度发生变化时，表 面微凸体的变形速度、变形程度和表面温度 都将发生受化，从而导致摩擦系数
7、发生变化 。因此，速度对摩擦系数的影响，受多种因 素制约，往往需要针对具体的摩擦副，通过 试验确定。 14 5表面膜 o 摩擦副接触表面膜一般由氧化膜、吸附膜和其他污染薄 膜等组成，其存在会极大地影响摩擦副的摩擦特性。 n 如在干摩擦表面加入润滑油后会使摩擦系数显著降 低。 n 当摩擦副材料表面存在表面膜时，由于摩擦主要发 生在表面膜之间，同时一般情况下表面膜的剪切强 度小于本体材料的剪切强度，因此摩擦系数较小。 o 生产中常常在摩擦副材料表面涂覆一层软金属(如铟、 镉、铅等)或表面膜(如硫化膜、氧化膜、磷化膜等)以 降低摩擦系数，减少材料的摩擦与磨损。 n 表面膜的厚度对摩擦系数有显著影响，
8、通常存在者 一个最佳的膜厚范围，太薄或太厚都会使摩擦增大 。 15 2.1.2 磨损基本知识 o 磨损定义：由于机械作用，有时伴有化学或 电的作用物体工作表面材料作相对运动过程 中不断损耗的现象。 o 大多数材料配副的摩擦系数介于0.11.0之 间，而其磨损率却相差很多数量级。 o 按磨损机理分四大类：磨料磨损，冲蚀磨损 ，粘着磨损和疲劳磨损。 16 o 表2.1 磨损的基本类型P39 17 一、磨料磨损 abrasive wear odef：由硬颗粒或硬突起物在载荷的作用 下，嵌入摩擦表面，相互接触和作用的过 程中，使材料产生迁移而造成的损耗。一 般指非金属,如石英砂，岩石等。 o特征：摩擦
9、表面沿滑动方向出现刻痕 18 1) 磨料磨损的分类 P39 o 以磨损接触物体表面来分类 n 两体磨料磨损，三体磨料磨损（滑动，滚动） o 以力的作用特点分类 n 低应力划伤式磨料磨损、高应力划伤式磨料磨 损、凿削式磨料磨损 19 20 2) 磨料磨损机理 o 塑性材料 o 1微观切削机理 o 磨粒作用存材料表面上的 力可分解为法向分力(正压 力)和切向分力(摩擦力)。 在法向分力作用下，磨料压 入材料表面形成压痕，在切 向分力作用下，磨粒向前推 进。 o 形成一次切屑 21 微切削磨损 图2-3 (a) 典型微切屑; (b) 滑移变形形成的皱褶 图2-2 a) 微切削磨损在钢表面产生的切削痕
10、 b) 钢的微切屑形貌 22 2犁沟变形机理 o 当磨粒的形状与位向不利于切削时，磨粒将使材料 产生犁沟变形，即将材料推向前方或两侧并使沟底 及沟槽附近的材料产生塑性变形。 o 后继的磨粒可能把堆积起来的材料压平，也可能使 已经犁沟变形的材料遭受再一次的犁沟变形，如此 反复，将导致材料的加工硬化和其他强化作用，最 后产生裂纹、断裂而形成磨屑。 23 o 犁沟变形模型如图： 24 图2-11 因塑性变形发生去除的两种机制 o（a）犁沟；（b） 微观切屑；（c）切屑模型 25 图1-4 磨料磨损机制 26 o 迎角(也叫冲角)是指磨料前面与材料表面间的 夹角(下图示)。 o 磨料能否切削材料与迎角
11、有关，只有当迎角大 于临界迎角时，才能产生切屑；反之，如果迎 角小于临界迎角，则只能产生塑性犁沟，将材 料推向沟槽的两侧及前沿。 27 图2-18 不形成切削 形成 切削 28 脆性材料 3微观断裂(剥落)磨损机理 o 在磨损过程中，大多数材料表面都会发生塑性变形 ，但脆性材料(如陶瓷、玻璃、碳化物等)或含有硬 而脆的第二相质点的材料在与磨料作用时，断裂机 理可能占主导地位，脆性材料或脆性相将产生断裂 或剥落，因此磨损量比塑性材料的磨损量大 施加载荷较大、磨料尖锐以 及材料的断裂韧度与硬度的 比值愈低时，材料愈趋向于 压痕断裂。材料的硬度决定 了磨料颗粒可能压入的深度 。 29 o 如果压痕深
12、度大于产生断裂的临界深度时，材料因断裂 机制产生的去除过程就会优先发生。高的断裂韧度会增 加压痕临界深度值，因而减小了因断裂机制去除的磨损 体积。 o 无论是塑性材料还是脆性材料，均可能同时发 生塑性变形和断裂两种机制，在某种条件下， 某一机制占主导地位。 4疲劳磨损机理 o 疲劳磨损机理在一般磨料磨损中起主导作用.即材料表 面在磨粒产生的循环接触应力作用下，因疲劳剥落而形 成磨屑。 30 3) 磨料磨损的主要影响因素 (1)磨料硬度的影响 o 材料的耐磨性决定于材料硬度Hm 和磨料硬度Ha的比值。 o 当HmHa0.5时为硬磨料磨损 ，此时增加材料的硬度对其耐磨性 增加不大（无关）。 o 当
13、HmHa0.8时为软磨料磨损 ，此时增加材料的硬度能迅速地提 高其耐磨性 o 当H mHa在0.50.8之间时，要 根据实际情况进行判断。 31 (2)磨料形状及尺寸的影响 尖锐的、多角形的磨料比圆而钝的磨料磨损率大。 o 磨料颗粒大小对材料的磨损有影响，一般是随着磨 粒直径的增加，磨损量增大。 o 磨粒的直径达到某一临界尺寸后，磨损量几乎不再 增加，这个磨料颗粒的临界尺寸在100 m左右， 与材料的成分、性能、加工方法、速度及载荷等有 关 32 33 34 (3)磨料脆性的影响 o 材料的磨料磨损往往需要多次反复才能完成 ，在这一过程中，磨料的状态将发生改变 n 一种表现为尖角和锐长度。 导线损伤修补方法：补修管压接法、缠绕法、加分流 线法、铜绞线绑接法、铜绞线叉接法以及液压法。 37 维护不当，母线出现的爆炸故障 38 思考练习 思考练习 1.母线在配电装置中起什么作用？各种不同材 料的母线在技术性能上有何区别？ 2.母线常见的截面形状有哪些？各种截面形状 有什么特点？ 3.常见的母线布置方式有哪几种？应考虑哪些 因素？ 4.对母线进行着色有什么好处？ 5、母线的固定安装有哪些方式？ 39 40
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