摩擦腐蚀基本知识.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,第二章 摩擦腐蚀基本知识,授 课 教 师：,马 静,表面工程,Surface Engineering,1,第二章,摩擦腐蚀基本知识,材料破坏的两大破坏形式：,摩擦磨损,腐蚀,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,包括摩擦、,磨损,和润滑,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,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,按工作环境条件分类,按摩擦产生的程度分类,1,按摩擦副的运动状态分类,(1),静摩擦,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。,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,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。,2,按摩擦副的运动形式分类,(1),滑动摩擦,物体接触表面相对滑动时产生的摩擦称为滑动摩擦。,(2),滚动摩擦,在力矩作用下，物体沿接触表面滚动时产生的摩擦称为滚动摩擦,3,按摩擦副表面的润滑状况分类,(1),纯净摩擦,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。,(2),干摩擦,(,无润滑摩擦,),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。,(3),流体,(,润滑,),摩擦,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。,(4),边界,(,润滑,),摩擦,介于干摩擦和流体,(,润滑,),摩擦之间的一种摩擦形式，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。,油膜膜厚比,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,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。,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,1,材料性质,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。,例如铜,铜摩擦副的摩擦系数可达,1.0,以上，铝,铁或铝,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,。,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。,采用性能相差较大的材料作摩擦副,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,？,2,表面粗糙度,当摩擦表面的粗糙度发生变化时，会导致摩擦机理的改变,对于粗糙表面，以机械啮合为主；对于光滑表面，以黏附为主。,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积增大，表面间的分子作用加强。,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。,3,温度,两方面进行分析,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；,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。,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,。,4,速度,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。,5,表面膜,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。,如在干摩擦表面,加入润滑油,后会使摩擦系数显著降低。,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。,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。,表面膜的厚度对摩擦系数有显著影响，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。,2.1.2,磨损基本知识,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,。,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。,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,。,表,2.1,磨损的基本类型,P,39,一、磨料磨损,abrasive wear,def,：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。,特征：摩擦表面沿滑动方向出现刻痕,1),磨料磨损的分类,P,39,以磨损接触物体表面来分类,两体磨料磨损，三体磨料磨损（滑动，滚动）,以力的作用特点分类,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,2),磨料磨损机理,塑性材料,1,微观切削机理,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。,形成一次切屑,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,b),钢的微切屑形貌,2,犁沟变形机理,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,。,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。,犁沟变形模型如图：,图,2-11,因塑性变形发生去除的两种机制,（,a,）犁沟；（,b,）微观切屑；（,c,）切屑模型,图,1-4,磨料磨损机制,迎角,(,也叫冲角,),是指磨料前面与材料表面间的夹角,(,下图示,),。,磨料能否切削材料与迎角,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。,图,2-18,不形成切削,形成,切削,脆性材料,3,微观断裂,(,剥落,),磨损机理,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。,如果压痕深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。,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,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。,3),磨料磨损的主要影响因素,(1),磨料硬度的影响,材料的耐磨性决定于,材料硬度,Hm,和磨料硬度,Ha,的比值,。,当,Hm,Ha,0.5,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）。,当,Hm,Ha,0.8,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,当,H m,Ha,在,0.50.8,之间时，要根据实际情况进行判断。,(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。,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,。,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,(3),磨料脆性的影响,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,一种表现为尖角和锐边被破坏，即由原来尖锐的、多角形的,磨料变成圆而钝,的磨料，使得材料的磨损率下降。,另一种表现为,磨料破碎，生成尖角和锐边,，使得材料的磨损率增大。,（,4,）载荷的影响：,磨损率与压力成正比，但有一转折点，当压力达到或超过临界压力时，磨损率随压力的增加变的平缓。,5,）材料的基体组织和性能,钢铁材料的基体组织与耐磨性的关系指出，基体组织的耐磨性,一般,按铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体的顺序递增,。,在实际工作中选用耐磨材料并不是如此简单，一个普遍的观念是“,硬度越高的材料耐磨性越好,”。适合于,较低接触应力、较低滑动速度的滑动磨料磨损,条件。,相反，在高接触应力、高冲击或相对滑动速度快、磨料硬而锐利的情况下不适用。,图,2-35,钢,与铁的各种基体组织的耐磨料磨损性,未经热处理钢的耐磨性单值地决定其宏观硬度。,热处理钢的相对耐磨性随宏观硬度增高而线性地增加,，但比未经热处理钢要慢,些。,耐磨性不仅取决于钢的硬度，而且取决于成分。,不同成分的热处理钢虽然只有相同硬度但耐磨性不同，说明各种的耐磨性与宏观硬度间并不存在单值的对应关系。,磨损的金属表面上发生了,最大限度的“加工硬化”,，,材料耐磨性与其磨损后的表面硬度成正比。,高锰钢材料是一个典型的实例。高锰钢经水韧性处理后，获得单一奥氏体组织，硬度约为,HB180230,。,用高锰钢制作的挖掘机斗齿，在挖掘硬的矿心时，由于高锰钢得到,充分的加工硬化,，表现出良好的耐磨性，优于回火马氏体和贝氏体钢。,相反，若将高锰钢斗齿用于挖掘主要含石英砂的砂土层时，其耐磨性远不如马氏体和贝氏体钢。,二、粘着磨损,定义：,两个接触表面相对运动时，由于接触点粘着和焊合而形成的粘着结点被锯切断裂，被剪断的材料由一个表面转移到另一个表面，或脱落成磨屑而产生的磨损。,粘着磨损的主要特征是出现材料转移，同时沿滑动方向产生不同程度的磨痕。,时间,磨损量,o,a,b,图,2.1,粘着磨损阶段磨损特征,(1),磨合阶段,：,磨损量随时间的增加而增加,。,出现在初始运动阶段，由于表面存在粗糙度，微凸体接触面积小，接触应力大，磨损速度快。,(2),稳定磨损阶段：,摩擦表面磨合后达到稳定状态，磨损率保持不变,。,标志磨损条件保持相对稳定，是零件整个寿命范围内的工作过程。,(3),剧烈磨损阶段：,工作条件恶化，磨损量急剧增大。,精度降低、间隙增大，温度升高，产生冲击、振动和噪声，最终导致零部件完全失效。,非典型磨,损曲线,磨损特性曲线,-,浴盆曲线,典型浴,盆曲线,1),粘着磨损的分类,五类典型粘着磨损,(1),轻微磨损,:,粘着结合强度比摩擦副基体金属抗剪切强度都低，剪切破坏发生在粘着结合面上，表面转移的材料较轻微。,(2),涂抹,:,粘着结合强度大于较软金属抗剪切强度，小于较硬金属抗剪切强度。剪切破坏发生在离粘着结合面不远的较软金属浅层内，软金属涂抹在硬金属表面,。,(3),擦伤：,粘着结合强度比两基本金属的抗剪强度都高。剪切发生在较软金属的亚表层内或硬金属的亚表层内，转移到硬金属上的粘着物使软表面出现细而浅划痕，硬金属表面也偶有划伤。,(4),划伤：,粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都高，切应力高于粘着结合强度。剪切破坏发生在摩擦副金属较深处，表面呈现宽而深的划痕。,(5),咬死：,粘着结合强度比两基体金属的抗剪强度都高，粘着区域大，切应力低于粘着结合强度。摩擦副之间发生严重粘着而不能相对运动。,2,）影响粘着磨损的主要因素,影响粘着磨损的因素多而复杂，概括起来有两个方面，即摩擦副的工作条件和摩擦副的材料特性。,1,润滑状态的影响,润滑状态对粘着磨损的影响很大，这是由于润滑膜或表面膜可以有效地防止摩擦表面的直接接触和产生联结点。因此，在润滑油中加入能提高油膜强度和润滑能力的油性和极压添加剂，能显著提高抗粘着磨损能力。,2,载荷、滑动速度和温度的影响,随着载荷和滑动速度不断增加，摩擦界面的温度不断升高。在摩擦磨损过程中，金属材料表面及表层将发生一系列的成分、组织结构和性能变化，如,加工硬化、产生“白层”组织二次淬火、形成牢固的氧化膜,等都能提高材料的抗粘着磨损性能；反之材料的软化、其至熔化等都将使磨损率提高。,载荷,当载荷增大到某一临界,值后，粘着磨损量会急,剧增加。右图是四球机,磨痕直径的变化，当载,荷达到一定值时，磨痕,直径迅速增大，此载荷,称为胶合载荷。,3,摩擦副材料的影响,(1),金属互溶性的影响 相同金属或互溶性大,(,晶格类型、晶格常数、电子密度及电化学性能等相同或相近,),的金属摩擦副，具有较强的粘着倾向，因而抗粘着磨损能力低。,(2),金属晶体结构的影响 密排六方晶体结构的金属一般比面心立方晶体的金属抗粘着性能好，这是由于面心立方滑移系数大的缘故。,Cu/Ni,与,Fe/Ag,磨损率相差,500,倍,(3),金属组织的影响,多相组织的金属比单相金属的抗粘着性能好,金属化合物比单相固溶体的抗粘着性能好,金属与非金属组成的摩擦副比金属与金属摩擦副抗粘着性能好，,脆性材料比塑性材料抗粘着性能好。,这是由于塑性材料粘着结点的破坏常发生在离表面较深处，磨屑较大，而脆性材料粘着结点的破坏处离表面较浅，主要是剥落，磨屑呈细片状。,在工业生产中常,采用各种表面技术来提高金属摩擦副的抗粘着性能,。,一类是表面强化或硬化处理,(,如表面淬火、化学热处理、电镀、喷涂及各种涂层等,),，,另一类是表面润滑处理,(,如渗硫、磷化、表面软金属涂层等,),。,三、疲劳磨损,定义：摩擦副材料微体积受循环接触应力影响，导致反复变形，产生裂纹和分离出微片或颗粒的表面疲劳剥落现象，称为疲劳磨损或接触疲劳磨损。,接触疲劳磨损失效的主要形式是点蚀和剥落，即在原来光滑的接触表面上产生深浅不等的凹坑,(,也称麻点,),和较大面积的剥落坑。,疲劳磨损有点蚀、剥落、剥层与擦伤,点蚀实物,剥 落,接触疲劳磨损的过程一般分为两个阶段，即在材料表面或表层首先萌生出疲劳裂纹和随后产生裂纹扩展。,当摩擦副两个接触体相对滚动或滑动时，在接触区将产生很大的接触应力和塑性变形。,由于交变应力长期反复的作用，在材料表面或表层的薄弱处引发疲劳裂纹并随后裂纹逐步扩展，最后金属以薄片的形式断裂剥落下来成为磨屑。,点蚀的裂纹：一般从材料的,表面,开始，向内倾斜扩展，然后折向表面，裂纹以上的材料折断脱落下来即产生点蚀。因此点蚀坑的表面形貌像“,扇形,”。,剥落的裂纹：一般从材料的,亚表层,开始，,与表面平行的方向扩展,，最后形成,片状,的剥落坑。,1,）影响疲劳磨损的主要因素,疲劳磨损的评定指标一般不是用磨损失重或体积迁移量表示，而是用一定接触应力下，接触元件的循环周次,(,即疲劳寿命,),来表示。,1,载荷的影响,载荷是影响疲劳磨损寿命的重要因素。一般认为球轴承的疲劳磨损寿命与载荷的立方成反比，即,式中,N,球轴承的疲劳磨损寿命，即循环次数,W,外加载荷。,2,材料组织及性能的影响,接触元件的组织和热处理工艺对疲劳磨损寿命有很大影响,渗碳钢制作的滚动元件，也要求渗碳层中的马氏体细小、碳化物小而均匀分布,材料的硬度对疲劳磨损的影响存在一个最佳的硬度范围。,在滚动接触情况下，滚动元件的材料匹配很重要。材料的强度、弹性、塑性和韧性等对疲劳磨损寿命有很大影响。,一般通过试验来确定最佳的匹配关系,3,材料冶金质量的影响,钢材的冶金质量对零件的疲劳磨损寿命有明显的影响。,轴承钢对非金属夹杂物有严格的要求。轴承钢的疲劳磨损寿命与夹杂物的类型、形态和数量有很大的关系。其中,Al,2,O,3,、,TiN,等氧化物、氮化物和硅酸盐影响最大。,夹杂物尺寸越大、分布越不均匀，危害越大,。特别是位于接触面表面,(,大约,1mm),的夹杂物影响更大。,钢中的氧、氢、氮等气体也会降低滚动元件的疲劳磨损寿命。,4,其他因素的影响,表面状态,精磨的寿命,车削，抛光,车削，粗糙的表面容易产生点蚀。,润滑剂,高黏度、低指数的润滑剂由于不容易进入疲劳裂纹能提高疲劳磨损寿命。材料,+,润滑油组合 在润滑剂中适当加入某些添加剂。,环境,腐蚀介质的环境，或者矿物油含有水分加速疲劳磨损,温度升高会使润滑剂黏度下降，油膜厚膜减小，使疲劳磨损加剧,四、冲蚀磨损,Impingement attack;Erosion Corrosion,冲蚀或浸蚀磨损是指材料受到小而松散的流动物体冲击表面出现破坏的一类磨损现象。,造成冲蚀的粒子通常比较硬，流动速度高时，软粒子甚至水也会造成冲蚀。,1,）分类,就流动介质及第二相粒子进行分类：,冲蚀是粒子冲击材料表面造成的破坏，从广义上讲，,粒子可以是固体、液体和气泡,，它们冲击到固体表面将会发生能量交换或者说，两者之间将出现能量再分配。被冲击的表面可能发生弹性或塑性变形。,冲蚀率定义为,单位重量粒子造成材料流失的重量或体积,，其量纲为,mg/g,或,mm,3,/g,液体冲蚀或气蚀破坏除用单位时间的失重表示外，还可用,平均破坏深度、即一定面积上冲蚀的平均深度,（单位为,mm),。,2,）主要影响因素,环境参数如粒子的速度、浓度、入射角、,环境温度；,磨料性质，如硬度、粒度、可破碎性以及材料性能如热物理性能和材料强镀,（,1,）入射角,入射角指粒子入射轨迹与表面的夹角。,材料冲蚀率随入射角变化。,塑性材料在,20,30,入射角时冲蚀率出现最大值，而脆性材料在一般情况下最大冲蚀率出现在接近,90,入射角处。,小入射角下，塑性相起主要作用，而大入射角下脆性相起主要作用,。,(2),速度,粒子功能是造成材料冲蚀的主要原因,冲蚀率与粒子速度呈指数函数关系、不因粒子种类、材料类型和入射角大小而变化,-,冲蚀率，,为粒子速度，,n,、,K,均为常数。,粒子入射速度低到某一下限时，只在冲击时出现弹性变形而无材料流失，称此速度下限为门坎速度,值。这个速度值随粒子材质、形状及材料性能而变化。,(3),冲蚀时间,冲蚀磨损不同于粘着磨损和磨粒磨损、它呈现出较,长的潜伏期或孕育期,。,对于液滴冲蚀或气蚀这点尤为重要。,首批粒子冲击表面时主要造成加工硬化和表面粗糙化，不一定立刻出现材料流失。经过一定的累积损伤后才能逐渐过渡到稳定冲蚀阶段,孕育期,(,),、最大冲蚀率区,(,),及稳定区,(,),。,孕育期的长短在表征材料抗气蚀冲蚀性能好坏,它表明材料从弹性变形到塑性破坏之间能够承受外加能量的程度。,(4),环境温度,随着温度增加，材料冲蚀率上升,温度过高时，材料表面可能氧化。,氧化膜的出现反而会提高材料的抗冲蚀能力，从而改善其抗冲蚀性能。,（,5,）入射粒子性能,固体粒子的形状和粒度,粒子尺寸超过临界尺寸，冲蚀率趋于平稳。,尖颗粒造成的破坏要比球形粒子严重。,硬粒子产生的冲蚀破坏比软粒子严重,粒子的可碎性,即在冲击时发生破裂碎化的趋势,随着入射角的增加，脆性粒子冲击后发生破碎的几率增大，破碎粒子将会对凹凸不平的表面产生第二次冲蚀。,五、微动磨损,两个表面之间发生小振幅相对振动引起的磨损现象，即通常称谓的“微动磨损”,。,微动损伤中化学或电化学反应占重要地位则称为,微动腐蚀,。,遭受微动磨损的部件，在微动磨损产生的同时，或在微动作用停止后，受到循环应力，出现疲劳强度降低，甚至早期断裂的现象称为,微动疲劳,1,）微动磨损的特征,三个特征,：,（,1,）具有引起微动的振动源,(,除机械力外还应考虑电磁场、冷热循环、流体特征诱发的振动,),；,（,2,）磨痕具有方向一致的划痕，硬结斑和塑性变形以及微裂纹；,（,3,）磨屑易于聚团、含大量类似锈蚀产物的氧化物。,OA,：金属转移和初始磨损造成曲线迅速上升；,AB,：剪切到磨粒参与磨损；,BC,：磨粒作用下降，材料损失减缓,CD:,达到稳定磨损率。,接触首先发生在大量分散表面微凸体上，微动初期少量磨屑落入谷内,(a),。,随着磨屑量增加，谷被填满，这时磨屑开始起作用而使磨损成为,磨粒磨损,。独立而分散的微凸体被磨掉，许多微凸体合并成一个小平台,(b),。,磨屑进一步增加，并开始从接触区溢出进入邻近的洼谷区,(c),。,接触区中压力再分布，中心区垂直压力增高，边缘压力降低，因此中心的磨粒磨损比较严重凹坑也迅速加深，最终使许多相邻的小坑合并成较大的坑,(d),微动磨损形貌,图,4,微动磨损初期的表面,损伤,(,铝锂合金，载荷,500N,，,10,个循环,),图,5,微动磨损后期的表面,损伤,(,铝锂合金，载荷,500N,，,10,3,个循环,),本节小结,摩擦的分类,磨损的分类：磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、冲蚀磨损、微动磨损,磨料磨损：磨损机理、迎角 影响因素（磨料硬度、形状、材料组织）,粘着磨损：涂抹、擦伤、咬死,疲劳磨损：表征,冲蚀磨损：表征、孕育期,2.2,腐蚀基本理论,材料与环境组分发生的物理的、化学和电化学作用而引起的变质和破坏，称之为,腐蚀,。,应力腐蚀开裂,腐蚀疲劳,磨损腐蚀,（冲击、振动）,氢致腐蚀,空泡腐蚀,电化学腐蚀,化学腐蚀,高温氧化,按腐蚀反应机理,电化学作用,电化学,+,机械作用,电化学,+,生物作用,物理溶解腐蚀,不锈钢在液体钠中的腐蚀,2.2.1,腐蚀分类,阳极：金属离子化 阴极：析氢，吸氧,与腐蚀有关的电池：,A,异类电极电池 不同金属间，同类金属晶粒与晶界间，碳化物与基体间,B,浓差电池 主要为氧浓差电池，如水线腐蚀，半浸入水中的金属，上方,O,高，为阴极。金属离子浓差电池，浓度高处阴极，浓度低处阳极。,C,温差电池 热交换器、锅炉 对碳钢，温度高处为阳极，,Cu,、,Al,相反。,按材料腐蚀形态,均匀腐蚀,不均匀腐蚀,点蚀,（孔蚀）,缝隙腐蚀,及丝状腐蚀,电偶腐蚀（接触腐蚀）,晶间腐蚀,选择性腐蚀,局部腐蚀,全面腐蚀,Classification of corrosion,2.2.2,腐蚀简介,(1),全面腐蚀 可以是均匀地在金属表面产生，也可以非均匀地产生。此种腐蚀，一般易于控制，危害不大。,(2),局部腐蚀 包括电偶腐蚀、缝隙腐蚀、小孔腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀、磨损腐蚀、氢脆等。这类腐蚀，不易控制和监测，因而危害很大。,电偶腐蚀,又称不同金属接触腐蚀。是指两种以上具有不同电位的金属接触时造成的腐蚀。耐蚀性较差的金属,(,活泼金属,),接触后成为阳极，腐蚀加速，耐蚀性较好的金属则成为阴极，腐蚀很小或完全不腐蚀。,缝隙腐蚀,在腐蚀介质中的金属表面缝隙中发生的局部腐蚀。这类腐蚀常和垫片下、空穴联接缝、表面沉积物,(,如砂、灰尘,),以及缝隙内积存的少量静止溶液有关，是比较多见的一种腐蚀现象。这种腐蚀是由于缝隙内与周围金属离子或氧浓度的差所引起的。,小孔腐蚀,(,点蚀,),在金属表面膜部产生针状、点状、小孔状的腐蚀。点蚀是破坏性极大的一种腐蚀。点蚀是阳极反应的一种独特形态，且是一种自催化过程。,不锈钢和铝合金在含有氯离子的溶液中常发生这种腐蚀。此外在钢铁件表面电镀阴极性镀层时，如镀层不致密则钢铁表面也可能产生点蚀。容易钝化的金属于钝化膜的局部破坏，点蚀尤为严重。（自催化）,晶间腐蚀,沿金属晶粒边界发生的选择性腐蚀。这种腐蚀由于在宏观上无明显变化，而材料强度几乎完全丧失，常造成材料,(,或构件,),突然破坏，此危险性很大。,产生晶间腐蚀的主要原因是晶粒及晶间电化学上的不均匀性,(,如晶界偏析、晶界异相折出、出现某种元素的贫乏区,),，或新相本身不耐蚀，或因新相晶界上析出造成晶界内应力较大均易产生晶间腐蚀。,选择性腐蚀,由于腐蚀过程中某一金属元素优先地从固体合金中脱除而产生的腐蚀。,应力腐蚀,金属在拉应力和特定腐蚀介质共同作用下发生的脆断，称之为应力腐蚀,(SCC),。其力学特征是,SCC,仅在拉应力作用下产生，且存在一个临界应力，这是对大多数情况说的,锅炉钢在碱液中的“碱脆”；低碳钢在硝酸盆中的“硝脆”，奥氏体不锈钢在含氯离子液中的“氯脆”；黄铜在氨气中的“氨脆”。,磨损腐蚀,由于金属表面间的相对运动和腐蚀介质共同作用下产生的腐蚀。腐蚀的表面特征是：槽沟、波纹、麻点和山谷形，在麻点周围是腐蚀产物。,氢脆,由于氢进入金属而使材料变脆导致破坏的现象。不是所有金属都会发生氢脆，一般在,Fe,、,Ti,、,Zr,基合金中发生，而在,Al,及,Ni,高强合金中不考虑。氢脆是造成焊接冷裂纹的重要因素因此，对焊接接头的氢脆问题要特别注意。,2.2.3,控制腐蚀的途径,提高材料热力学稳定性 材料本身采用或加入电位较正的合金元素,增强,阳极极化,的防蚀方法 主要是采用防腐蚀介质，即在金属中加入容易钝化的元素，使金属元素易于钝化，此外，也包括向腐蚀介质中加入阳极性缓蚀剂或对金属进行阳极保护,增强,阴极极化,的防蚀方法 这种方法主要包括阴极性缓蚀剂的使用；减少和改善合金中阴极性杂质的数量和分布；用外加电流或牺牲性阳极进行阴极保护等,防蚀涂层 屏蔽、电化学保护、缓蚀作用,本节小结,腐蚀的定义,腐蚀的分类,Thank you for your attention!,