yh材料的表面防護

第十一章材料的表面防護腐蝕、磨損和斷裂是結(jié)構(gòu)材料主要的失效原因。腐蝕和磨損為漸變過程。斷裂為突變過程。腐蝕主要由化學(xué)和電化學(xué)作用引起，而磨損強調(diào)力學(xué)和運動因素。1985年8月12日，日本一架波音747客機由于發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂而墜毀，一次死亡500多人。1979年，我國某市液化石油氣罐爆炸起火，死傷幾十人。美國的的阿波羅空間計劃中，氧化劑N2O4的儲罐使用高強度鈦合金制造的，這是通過應(yīng)力腐蝕試驗選出的。但在運行前的模擬試壓（壓力為規(guī)定值的1.5倍）中很快發(fā)生破裂，原因是試驗中使用的N2O4是不純的，含有NO，而模擬實際使用的N2O4純度高，不含NO。經(jīng)分析研究加入0.6%NO之后才得以解決。美國著名的腐蝕學(xué)專家方坦納認為，如果找不到這個解決辦法，登月計劃會推遲若干年。第一節(jié)材料的腐蝕與防護１.腐蝕定義：腐蝕是材料與環(huán)境之間因化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的破壞性侵蝕現(xiàn)象。微觀上表現(xiàn)為材料相態(tài)或價態(tài)發(fā)生變化；宏觀上表現(xiàn)為材料質(zhì)量、強度等性能損失。一、概述２.腐蝕分類有多種腐蝕分類方法：環(huán)境腐蝕后材料表面形貌腐蝕原因３.腐蝕表示方法反映材料腐蝕前后質(zhì)量、厚度、機械性能等變化的任何物理、電學(xué)或力學(xué)指標都可用來表示腐蝕發(fā)生的速度。常采用腐蝕所造成的質(zhì)量、深（厚）度或與腐蝕過程對應(yīng)的電量這三種指標表示。最常用的單位是每年侵蝕的毫米（mm/a）或每天每平方米侵蝕的克（g/m2.d）４.腐蝕研究的重要性經(jīng)濟因素。據(jù)工業(yè)發(fā)達國家統(tǒng)計，材料腐蝕造成的直接經(jīng)濟損失大約占國民經(jīng)濟凈產(chǎn)值（GNP）的2%~4%。我國中型油田每年因腐蝕損失及腐蝕維修的費用超過一個億。節(jié)約資源，保護環(huán)境。二、腐蝕理論簡介１.電極電位與材料腐蝕傾向（１）腐蝕電池：金屬腐蝕可看作金屬-環(huán)境界面無數(shù)個局部電池（腐蝕電池）作用的結(jié)果。和干電池不同的是，腐蝕電池的電極靠導(dǎo)電金屬表面始終短路著，一旦與其接觸的環(huán)境介質(zhì)具有導(dǎo)電性就會有電流在局部電池陰、陽極間流動；腐蝕電池和干電池一樣，電流流動是以消耗

陽極金屬為代價。(a)Zn塊和Cu塊通 （b)Zn塊和Cu塊直 （c)Cu作為雜質(zhì)分過導(dǎo)線聯(lián)接 接接觸（短路） 布在Zn表面陽極Zn:Zn→Zn2++2e（氧化反應(yīng)）陰極Cu: 2H++2e→H2↑（還原反應(yīng)）

腐蝕電池的構(gòu)成（２）腐蝕電池產(chǎn)生的原因：成分、組織、物理性質(zhì)差異，造成材料局部電勢差，形成腐蝕電池。異種材料組合結(jié)構(gòu)實例不銹鋼脹管頸部的破裂-局部腐蝕三、鋼鐵材料的腐蝕與防護

1、金屬在海水中的腐蝕1)、海水的物理化學(xué)性質(zhì)海水總鹽度高，電導(dǎo)率高，海水平均比電導(dǎo)率約為4×10-2S·cm-1，遠遠超過河水(2×10-4S·cm-1)和與水(1×10-3

S·cm-1)的電導(dǎo)率。表面海水氧濃度隨水溫度大體在5~10mg/L范圍內(nèi)變化。2)、海水腐蝕的特點X中性海水溶解氧較多，陰極去極化反應(yīng)加快，促進鋼的腐蝕。X海水電導(dǎo)率很大，海水腐蝕的電阻性阻滯很小，很容易發(fā)生電偶腐蝕。X因海水中氯離子含量很高，陽極的極化率很小，因而腐蝕速率相當高。X海水中易出現(xiàn)小孔腐蝕，孔深也較深。3)、腐蝕因素X氧含量X流速：海水流速越快，腐蝕速率越快。X溫度：溫度增加，腐蝕速度將增加。X生物：生物的作用是復(fù)雜的，有的生物可形成保護性覆蓋層，但多數(shù)生物是增加金屬腐蝕速度。

2、硫化氫的腐蝕

1）硫化氫電化學(xué)腐蝕過程

硫化氫只有溶解在水中才具有腐蝕性。在油氣開采中與二氧化碳和氧相比，硫化氫在水中的溶解度最高。硫化氫在水中的離解反應(yīng)為：H2SHS-H++HS-H++S2-

釋放出的氫離子是強去極化劑，極易在陰極奪取電子，促進陽極鐵溶解反應(yīng)而導(dǎo)致鋼鐵的全面腐蝕。2）硫化氫導(dǎo)致氫損傷過程

硫化氫水溶液對鋼材電化學(xué)腐蝕的另一產(chǎn)物是氫。被鋼鐵吸收的氫原子，將破壞其基本的連續(xù)性，從而導(dǎo)致氫損傷。在含硫化氫酸性油氣田上，氫損傷通常表現(xiàn)為硫化物應(yīng)力開裂(SSC)、氫誘發(fā)裂紋(HIC)和氫鼓泡(HB)等形式的破壞。3）影響腐蝕的因素(1)硫化氫的濃度

當硫化氫含量為200~400mg/L時，腐蝕率達到最大，而后又隨著硫化氫濃度增加而降低，到1800mg/L以后，硫化氫的濃度的腐蝕率幾乎無影響。(2)pH值

硫化氫水溶液的pH值將直接影響著鋼鐵的腐蝕速率。通常表現(xiàn)出在pH值為6時是一個臨界值，當pH值小于6時，鋼的腐蝕率高，腐蝕液呈黑色、渾濁。(3)溫度鋼鐵在硫化氫水溶液中腐蝕率通常是隨溫度升高而增大。在10%的硫化氫水溶液中，當溫度從55℃升到84℃時，腐蝕速率大約增大20%。但溫度繼續(xù)升高，腐蝕速率將下降，在110~200℃之間最小。(4)暴露時間暴露時間的增長，硫化鐵腐蝕產(chǎn)物逐漸在鋼鐵表面上沉積，形成一層具有減緩腐蝕作用的保護膜。(5)流速海水流速越快，腐蝕速率越快。(6)氯離子

氯離子的存在往往會阻礙保護性的硫化鐵膜在鋼鐵表面的形成。氯離子可以通過鋼鐵表面硫化鐵膜的細孔和缺陷滲入其膜內(nèi)，使膜發(fā)生顯微開裂，于是形成孔蝕核，加速了孔蝕破壞。 3、二氧化碳的腐蝕1）CO2腐蝕機理及腐蝕破壞的特征陽極反應(yīng)：Fe－2e陰極反應(yīng)：H2O+CO2

2H++2e

陰極產(chǎn)物：Fe＋H2CO3

Fe2＋2H++CO32-

H2

FeCO3+H2

對于陰極析氫反應(yīng)機制，目前有兩種完全不同的觀點。一種是氫通過下式氫離子的電化學(xué)還原而生成：H3O++eHad＋H2O另一種是氫通過下列各式吸附態(tài)H2CO3被直接還原而生成：上述腐蝕機理是對裸露的金屬表面而言。實際上，在含CO2油氣環(huán)境中，鋼鐵表面在腐蝕初期可視為裸露表面，隨后將被碳酸鹽腐蝕產(chǎn)物膜所覆蓋。所以，CO2水溶液對鋼鐵腐蝕，除了受氫陰極去極化反應(yīng)速度的控制，還與腐蝕產(chǎn)物是否在鋼表面成膜，膜的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性有著十分重要的關(guān)系。

2）影響CO2腐蝕的因素

(1)CO2分壓的影響 當分壓低于0.021MPa時腐蝕可以忽略；當CO2分壓為0.021MPa時，通常表示腐蝕將要發(fā)生；當CO2分壓為0.021MPa~0.21MPa時，腐蝕可能發(fā)生。

(2)溫度的影響 當溫度低于60℃時，以均勻腐蝕為主；高于60℃時，腐蝕速率由穿過阻擋層傳質(zhì)過程決定，及垢的滲透率，垢本身固有的溶解度和流速的聯(lián)合作用而定；60~110℃范圍時，局部孔蝕嚴重；高于150℃時，腐蝕產(chǎn)物細致、緊密、附著力強，于是有一定的保護性，則腐蝕率下降。(3)腐蝕產(chǎn)物膜的影響當鋼表面生成的是無保護性的腐蝕產(chǎn)物膜時，以“最壞”的腐蝕速率被均勻腐蝕；當鋼表面的腐蝕產(chǎn)物膜不完整或被損壞、脫落時，會誘發(fā)局部點蝕而導(dǎo)致嚴重穿孔破壞。當鋼表面生成的是完整、致密、附著力強的穩(wěn)定性腐蝕產(chǎn)物膜時，可降低均勻腐蝕速率。(4)流速的影響高流速，腐蝕速率也越高。A.Ikeda認為流速為0.32m/s是一個轉(zhuǎn)折點。(5)Cl-的影響

Cl-的存在不僅會破壞鋼表面腐蝕產(chǎn)物膜或阻礙產(chǎn)物膜的形成，而且會進一步促進產(chǎn)物膜下鋼的點蝕。Cl-含量大于3×104mg/L時尤為明顯。如何合理選材：①首先考慮介質(zhì)的性質(zhì)、溫度、壓力。②考慮設(shè)備的用途、工藝過程及其結(jié)構(gòu)設(shè)計特點。③應(yīng)考慮環(huán)境對材料的腐蝕以及產(chǎn)品的特殊要求。④還應(yīng)考慮材料的性能。作為結(jié)構(gòu)材料一般要求具有一定的強度和塑性。此外，在選材時還要考慮材料的價格和來源。如何進行介質(zhì)處理：包括除去介質(zhì)中促進腐蝕的有害部分(例如鍋爐給水的除氧)、調(diào)節(jié)介質(zhì)的pH值及改變介質(zhì)的濕度等。腐蝕的防護1、熱力法除氧

根據(jù)氣體的溶解定律(亨利定律)可知：氣體在水中的溶解度與該氣體在液面上的分壓成正比，在敞口容器中將水溫升高時，各種氣體在該水中的溶解度下降。所以，將水加熱至沸點可以使水中的各種溶解氣體解吸出來。

熱力法不僅能除去水中的溶解氧，而且可以除去水中的其它各種溶解氣體。此時，熱力法除氧過程中，還會使水中的重碳酸根發(fā)生分解，因為除去了水中的游離CO2，2HCO3-→CO2+CO32-+H2O↑溫度越高，加熱時間越長，加熱蒸氣中游離的CO2濃度越低，則重碳酸根的分解率越高，其出水的pH值也就越高。

熱力法除氧是在除氧器內(nèi)用蒸氣使水加熱，除氧器的結(jié)構(gòu)主要應(yīng)能使水和汽在除氧器內(nèi)分布均勻、流動暢通以及水、汽之間有足夠的接觸時間。在除氧過程中，水應(yīng)加熱至沸點，否則水中的殘留氧量會增大。此外，熱力學(xué)除氧對解吸出來的氣體應(yīng)能暢通地排走，否則氣相中殘留的氧量較多，會影響水中氧的擴散速度，從而使水中的殘留含氧量增大。2、化學(xué)除氧化學(xué)除氧是往水中加人化學(xué)藥品以除去水中的氧。常用化學(xué)除氧藥品有聯(lián)胺、亞硫酸鈉等。聯(lián)胺是一種還原劑，它可將水中的溶解氧還原：2N2H2+O2→2N2+2H2O

反應(yīng)產(chǎn)物N2和H2O對熱力學(xué)系統(tǒng)沒有任何害處。在高溫水中N2H2可將Fe2O3還原成Fe3O4、FeO和Fe，還能將氧化銅還原成氧化亞銅或銅。聯(lián)胺的這些性質(zhì)可以用來防止鍋爐內(nèi)鐵垢和銅垢的生成。3、化學(xué)除硫化氫

化學(xué)氧化劑和醛類能除去水中的硫化氫。油田水系統(tǒng)中應(yīng)用最普遍的氧化劑有氯、二氧化氯和過氧化氫，使用的醛類是丙烯醛和甲醛。這些藥劑也可用作為殺菌劑。缺點：u能嚴重地腐蝕鋼，硫化氫和氧化劑反應(yīng)的最終生成物常常是膠體硫，它本身就有很強的腐蝕性；u大多數(shù)水中也存在很多能與氧化劑反應(yīng)的物質(zhì)，從而使得實際投加量要高出理論投加量。除硫化氫的藥劑：(1)氯：氯氣能用來和少量的硫化氫反應(yīng)。(2)二氧化氯：二氧化氯在工業(yè)水中作為殺菌劑使用，它也能用來除去水中少量的硫化氫。(3)過氧化氫：硫化氫也可以用于過氧化氫反應(yīng)的方法除去。在酸性或中性pH值條件下，如有催化劑存在時，能急劇反應(yīng)，生成游離的硫。(4)丙烯醛：丙烯醛既是一種硫化氫除去劑，又是一種強殺菌劑。(5)甲醛：甲醛也能和硫化氫反應(yīng)除去硫化氫，但除去的效果明顯地低于丙烯醛。4、隔氧技術(shù)儲水罐的氣封

處理不含氧的水的全部水罐應(yīng)該用一種不含氧的氣體來密封，如天然氣或氮氣。普遍采用0.5~1.0Pa正壓，調(diào)節(jié)器必須足夠大，以保證在容器內(nèi)液面最大下降速度時的氣體供給，必須裝配壓力/真空安全閥。

不應(yīng)該是用油封，氧在油中的溶解度比在水中大得多，并且能以驚人的速度擴散通過油層，最好的情況下，油層僅僅能減緩氧的進入速度，而不能杜絕氧的進入。另一方面，細菌也能常在油水界面上繁殖。井的氣封

供水井和生產(chǎn)井都可能需要氣封來防止氧的進入。最容易進氧的部位之一是通向井底的電泵電纜。在供水井和生產(chǎn)井中，關(guān)井后重新啟動時最易進氧。關(guān)井時液位一般升至環(huán)形空間，開井時液位降低，這時就會吸入氧。閥桿及連接處

由于氧的擴散作用，氧能穿過水層遷移到上游和從低壓區(qū)擴散到高壓區(qū)域，這是氧難以處理的原因之一。閥桿和連接處等都是氧容易滲入之處，必須保持密封。注入泵

氧經(jīng)常通過泵的吸頭，尤其是從不能保持正吸入壓頭的地方進到注入系統(tǒng)。另一個進氧的渠道是離心泵的損壞密封，如果密封墊出現(xiàn)泄漏，空氣就被吸進泵內(nèi)。因此應(yīng)將全部處理不含氧水的離心泵都裝上加壓吸入口密封。5、陰極保護

定義

利用電化學(xué)原理，將被保護的金屬設(shè)備進行外加陰極極化降低或防止腐蝕；將被保護金屬進行外加陰極極化以減少或防止金屬腐蝕的方法。將活潑金屬或其合金連在被保護的金屬上，形成一個原電池，這時活潑金屬作為電池的陽極而被腐蝕，基體金屬作為電池的陰極而受到保護。將被保護的金屬與另一附加電極作為電解池的兩極，被保護金屬為陰極ü外加電流陰極保護法：將被保護金屬與直流電源的負極相連，利用外加陰極電流進行陰極極化。ü犧牲陽極保護法：在被保護設(shè)備上連接一個電位更負的金屬作為陽極(例如鋼設(shè)備上連接鋅)，它與被保護金屬在電解質(zhì)溶液中形成大電池，而使設(shè)備進行陰極極化。6、陽極保護

將被保護設(shè)備與外加直流電源的正極相連，在一定的電解質(zhì)溶液中將金屬進行陽極極化至一定電位，如果在此電位下金屬能建立起鈍態(tài)并維持鈍態(tài)則陽極過程受到抑制，而是金屬的腐蝕速度顯著降低，這時設(shè)備得到了保護，這種方法稱為陽極保護法。對于鈍化溶液和易鈍化的金屬組成的腐蝕體系，可采用外加陽極電流的方法，使被保護金屬設(shè)備進行陽極鈍化以降低金屬的腐蝕。7、添加緩蝕劑向介質(zhì)中添加少量能阻止或減慢金屬腐蝕的物質(zhì)以保護金屬。

8、金屬表面覆蓋層

在金屬表面噴、襯、鍍、涂上一層耐蝕性較好的金屬或非金屬物質(zhì)以及將金屬進行磷化、氧化處理，使被保護金屬表面與介質(zhì)機械隔離而降低金屬腐蝕。保護層法是使金屬表面生成一層致密的不易腐蝕的物質(zhì)，以此將金屬與外部介質(zhì)隔絕開來使金屬免遭腐蝕的一種方法。常用的保護法及分類：：管道或容器內(nèi)表面復(fù)合的一層耐蝕材料。9、襯里

玻璃鋼：是用玻璃纖維或玻璃布增強的塑料，將樹脂涂在玻璃纖維或玻璃布上，而后再固化成形。有些玻璃鋼耐水、耐化學(xué)藥品，用作防腐蝕襯里。

襯橡膠工藝：橡膠襯里適應(yīng)范圍廣，可以耐各種介質(zhì)腐蝕。襯里橡膠主要采用天然橡膠，橡膠襯里的溫度一般不超過60℃。硬聚氯乙烯襯里：應(yīng)用較廣，價格便宜耐腐蝕性能好；但耐溫性能差，一般適用溫度為10~50℃。

水泥砂漿襯里：價格便宜、施工簡單。水泥砂漿村里可耐一般水、鹽水等的腐蝕，但由于施工質(zhì)量很難保證，尤其在溫度差較大的條件下易出問題。10、金屬保護層

金屬保護層法是在金屬表面上加上一層致密的金屬或合金，從而使被保護金屬免遭腐蝕的一種方法。一般采用電鍍，也有用熔融金屬浸鍍或噴鍍，或者直接從溶液中置換金屬進行化學(xué)鍍等。

金屬噴鍍是將金屬在高溫火焰中熔化，同時用壓縮空氣將熔融的金屬吹成霧狀微粒，并以較高的速度噴射到預(yù)先經(jīng)過處理的的基體表面上，從而形成一層金屬鍍層，在鍍層溫度沒有完全冷卻時，應(yīng)再涂刷環(huán)氧樹脂面漆。用噴鍍得到的噴涂層與基體結(jié)合牢固，大大提高了防腐效果。

采用金屬保護層來防腐，一定要考慮金屬平衡電勢的差異，如果鍍層金屬的平衡電勢比基體金屬高，如鐵鍍錫等，一旦鍍層上有缺陷，則金屬的腐蝕將更加嚴重。如果鍍層金屬的平衡電勢比基體金屬低。如鐵鍍鋅，當鍍層出現(xiàn)缺陷時，由于鍍層金屬起“犧牲陽極”的作用，就能繼續(xù)保護基體金屬免受腐蝕。11、鈍化膜

鈍化膜是金屬表面上生成的一種致密薄膜，最常見的鈍化膜有氧化膜和磷化膜兩種。氧化膜的形成，是把鋼鐵工件放在很濃的堿和氧化劑溶液中加熱氧化，使金屬表面上生成一層致密的四氧化三鐵薄膜，能牢固地與金屬表面結(jié)合。磷化膜的形成，是把鋼鐵工件放入磷酸鹽溶液中進行浸泡，使鋼鐵表面獲得一層不溶于水的磷酸鹽保護薄膜，從而起到防腐作用。12、合理的防腐設(shè)計及改進生產(chǎn)工藝流程，以減輕或防止金屬腐蝕

每種防腐蝕措施，都具有應(yīng)用范圍和條件，使用時要注意。對某一種金屬有效的措施，在另一種情況下就可能無效，甚至是有害的。例如陽極保護只適用于金屬在介質(zhì)中易于陽極鈍化的體系。如果不造成鈍化，則陽極極化不僅不能減緩腐蝕，反而會加速金屬的陽極溶解。 因此，對于一個具體的腐蝕體系，究竟采用那種防腐蝕措施，應(yīng)根據(jù)腐蝕原因、環(huán)境條件、各種措施的防腐效果、施工難易以及經(jīng)濟效益綜合考慮，不能一概而論。四、混凝土材料腐蝕防護１.概論（１）組分：膠粘劑；粉料及粗、細骨料添加劑：早強劑、快凝劑（２）鋼筋混凝土２.耐腐蝕性指標外觀；抗壓強度含水率和吸水率表面中性化深度：硅酸鹽水泥混凝土呈堿性，受腐蝕后表面中性化，強度也隨之損失。鋼筋腐蝕速度３.混凝土材料腐蝕類型（１）溶出及滲入：混凝土中某些成分在腐蝕環(huán)境中使用時溶出，造成材料空隙度增大。環(huán)境中氯離子等極易滲入混凝土內(nèi)部，引起鋼筋表面鈍態(tài)破壞，產(chǎn)生嚴重腐蝕。（２）和環(huán)境成分起化學(xué)反應(yīng)：混凝土中Ca(OH)2極易在酸性環(huán)境分解；在CO2作用下也會變成碳酸鈣而使混凝土中性化。（３）溶漲和開裂：硫酸鹽含量高的土壤中，借助水分滲透作用，鹽類積聚在混凝土內(nèi)部，引起體積膨脹，使混凝土材料龜裂。鋼筋生銹后腐蝕產(chǎn)物也會使混凝土材料開裂。４.防護技術(shù)改進組分及配方涂層陰極保護：對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋進行陰極保護第二節(jié)材料的摩擦、磨損防護摩擦是兩個接觸的物體在相互運動過程中，表面之間所產(chǎn)生的阻礙運動的效應(yīng)。物體之間的摩擦往往使其系統(tǒng)的一部分能量以熱量或噪音形式發(fā)散消失，同時伴隨著表面材料的逐漸消失。磨損是物體表面相對運動而導(dǎo)致作用表面的物質(zhì)的不斷消失，它是摩擦效應(yīng)的一種表現(xiàn)和結(jié)果。輪胎壓痕(TEM5000X)摩擦痕跡(350X)固體的摩擦發(fā)生在表面，而任何固體表面都不是完全光滑的。由于切削刀痕、材料的塑性變形、加工時振動的存在，使零件表面存在凸凹不平與形狀誤差，這種表面輪廓對其摩擦學(xué)特征有重要的影響。一、固體的表面特點與表面的相互接觸１.固體表面的幾何形狀

零件表面的真實幾何形狀是由表面形狀偏差、表面波紋和表面粗糙度三部分組成。表面形狀偏差：零件在成形時所具有的宏觀任何形狀偏差。表面波紋度：零件表面上形成的較長而有規(guī)律的波浪線，它是在加工時機床-刀具-工件系統(tǒng)的低頻振動所引起的零件表面幾何誤差，具有一定的波高和波距。表面粗糙度：切削工具對工件表面切削，在表面波紋上形成較小幾何輪廓偏差。不同的切削規(guī)范和不同的工件材料在表面上形成不同粗糙度。2材料表面的組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性質(zhì)材料表面的組織結(jié)構(gòu)（1）污染層（2）吸附層（3）氧化層（4）變形層（1）變形層：切削加工的零件表面由于材料的塑性變形使其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，晶粒細化，形成變形層。變形層一般可達幾十微米，粗加工時可深達幾百

微米。變形層由于硬化作用而具有較高的硬度。（2）氧化層：新加工的零件表面在大氣中會很快氧化，在幾秒鐘內(nèi)形成厚度為1~10nm氧化層，高溫時氧化層的形成速度更快。氧化層的性質(zhì)與整體材料的性質(zhì)截然不同（3）吸附層：材料表面層原子形成應(yīng)力場而具有很高的吸引力，因此，表面會吸附空氣、水分和各種有機物的分子，并被它們所覆蓋。被吸附到表面的活性物質(zhì)會向表面的裂紋中滲透，升高裂紋尖端應(yīng)力，使裂紋進一步向深處擴展，導(dǎo)致表面強度下降。（4）污染層：一般在吸附層的表面還存在污染層，主要由環(huán)境中微粒的沉積及磨損碎屑組成。３.固體表面的相互接觸當兩個粗糙的物體表面在法向載荷的作用下貼緊時，最先進入接觸的是表面上最高的微凸體，隨載荷增加，接觸微凸體的變形增大，原來處于較低位置的微凸體將逐漸進入接觸。當載荷不太大時，接觸微凸體發(fā)生的是彈性變形；當載荷增大并超過臨界值時，接生塑性變形。二、摩擦摩擦：兩個接觸的物體相互運動過程中所發(fā)生的阻力，摩擦的大小一般用摩擦系數(shù)表示。兩條摩擦定律:即摩擦系數(shù)與名義接觸面積無關(guān)；摩擦力和載荷成正比分類：固體表面摩擦按摩擦副的運動形式可分為滑動摩擦和滾動摩擦；按摩擦的運動狀分為干摩擦、流體摩擦、邊界摩擦和混合摩擦.(1)干摩擦：常用于表示名義上無潤滑的摩擦.一般發(fā)生在制動器、摩擦傳動及紡織、食品化工機械的部件。這些摩擦中，考慮到污染和安全問題，不允許使用潤滑劑.(2)邊界潤滑摩擦：相對運動的兩表面被很薄的潤滑膜隔開，邊界膜的存在可使摩擦系數(shù)降低，并使表面磨損顯著減少。

(3)流體潤滑摩擦：摩擦表面完全被潤滑膜隔開?？繚櫥さ膲毫ζ胶馔廨d荷，在流體潤滑中、摩擦阻力取決于潤滑劑的內(nèi)摩擦(粘度)，這種摩擦狀態(tài)具有最小的摩擦系數(shù)，在節(jié)能、延長壽命和減少磨損等方面作用顯著.(4)混合摩擦：介于上述各摩擦之間，即接觸表面間同時出現(xiàn)干摩擦、邊界摩檫和流體潤滑摩擦的—種混合摩擦狀態(tài)。這是生產(chǎn)實際中最常見的—種摩擦狀態(tài).三、磨損

1、相互運動的兩個物體，由于表面的接觸并發(fā)生相對運動而不斷損失的現(xiàn)象稱為磨損.磨損過程中摩擦表面的變化：（1）表面微裂紋的生成及其破壞作用（2）化學(xué)反應(yīng)過程（3）潤滑劑的作用（4）摩擦表面間材料的轉(zhuǎn)移2、磨損的分類(1)疲勞磨損：疲勞磨損也稱為接觸疲勞磨損其基本原理為：兩表面在相村滾動或滑動過徑中，在外載荷引起的交變接觸應(yīng)力作用下，使裂紋在被磨面的表面或次表面形成、擴展并連通。最后剝離下來，形成點蝕或剝落例如：具有潤滑的軸承、齒輪與凸輪長期使用后，摩擦副表面發(fā)生接觸疲勞磨損，在磨損表面出現(xiàn)麻點與剝落。

接觸疲勞是工件(如齒輪、滾動軸承，鋼軌和輪箍，鑿巖機活塞和釬尾的打擊端部等)表面在接觸壓應(yīng)力的長期不斷反復(fù)作用下引起的一種表面疲勞破壞現(xiàn)象，表現(xiàn)為接觸表面出現(xiàn)許多針狀或痘狀的凹坑，稱為麻點，也叫點蝕或麻點磨損。有的凹坑很深，呈“貝殼”狀，有疲勞裂紋發(fā)展線的痕跡存在。在剛出現(xiàn)少數(shù)麻點時，一般仍能繼續(xù)工作，但隨著工作時間的延續(xù)，麻點剝落現(xiàn)象將不斷增多和擴大，例如齒輪，此時嚙合情況惡化，磨損加劇，發(fā)生較大的附加沖擊力，噪聲增大，甚至引起齒根折斷。

(2)粘著磨損：粘著磨損是指兩個相對運動的表面發(fā)生相互焊合，在相互運動過程中焊合表面產(chǎn)生撕裂而發(fā)生的磨損。其基本過程為：兩個相對運動的表面在摩擦力作用下，表面層發(fā)生塑性變形．表面的氧化膜或污染膜被破壞，露出新鮮表面而發(fā)生焊合、當外力大于焊點的強度時，焊點將被剪斷，若剪切正好發(fā)生在接觸表面，將不會發(fā)生磨損，而大多數(shù)剪切發(fā)生在強度較低方的表面層，形成“材料轉(zhuǎn)移”。在以后的摩擦過程巾，轉(zhuǎn)移(粘著)物將從表面脫落下來形成磨屑。粘著磨損主要是微凸體接觸區(qū)域受損引起的，通常發(fā)生在重載、高速．特別是產(chǎn)生大量摩擦熱的運動副中。過載及潤滑不良的軸承、齒輪等常發(fā)生粘著磨損影響粘著磨損的因素

(1)脆性材料的抗粘著磨損能力比塑性材料高。

(2)金屬性質(zhì)越是相近的，構(gòu)成摩擦副時粘著磨損也越嚴重。反之，金屬間互溶程度越小，晶體結(jié)構(gòu)不同，原子尺寸差別較大，形成化合物傾向較大的金屬，構(gòu)成摩擦副時粘著磨損就較輕微?；瑒虞S承就是這樣的例子，選用淬火鋼軸與錫基或鋁基軸瓦配對。在受力較小時，選用金屬與塑料配對都能減小粘著磨損。

(3)通過表面化學(xué)熱處理，如滲硫、硫氮共滲、磷化、軟氮化等熱處理工藝，使表面生成一化合物薄膜，或為硫化物，磷化物，含氮的化合物，使摩擦系數(shù)減小，起到減磨作用也減小粘著磨損。

(4)改善潤滑條件，如在潤滑油中添加極壓劑。

(5)粘著磨損嚴重時表現(xiàn)為膠合。脆屑磨粒磨損材料行進P(3)磨粒磨損：硬的顆?；?qū)δケ砻嫔嫌驳奈⑼贵w在摩擦過程中引起的材料損失，稱為磨粒磨損。磨粒磨損實質(zhì)上是材料表面在磨粒作用下發(fā)生塑性變形和斷裂的過程。

(1)低應(yīng)力劃傷式的磨料磨損，它的特點是磨料作用于零件表面的應(yīng)力不超過磨料的壓潰強度，材料表面被輕微劃傷。生產(chǎn)中的犁鏵，及煤礦機械中的刮板輸送機溜槽磨損情況就是屬于這種類型。(2)高應(yīng)力輾碎式的磨料磨損，其特點是磨料與零件表面接觸處的最大壓應(yīng)力大于磨料的壓潰強度。生產(chǎn)中球磨機襯板與磨球，破碎式滾筒的磨損便是屬于這種類型。

(3)鑿削式磨料磨損，其特點是磨料對材料表面有大的沖擊力，從材料表面鑿下較大顆料的磨屑，如挖掘機斗齒及顎式破碎機的齒板。也有以磨損接觸物體的表面分類，分為兩體磨料磨損和三體磨料磨損。兩體磨損的情況是，磨料與一個零件表面接觸，磨料為一物體，零件表面為另一物體，如犁鏵。而三體磨損，其磨損料介于兩個滑動零件表面，或者介于兩個滾動物體表面，前者如活塞與汽缸間落人磨料，后者如齒輪間落人磨料。這兩種分類法最常用。影響磨粒磨損的因素

(1)磨料的硬度、大小及形狀，磨粒的韌性、壓碎強度等。

(2)外界載荷大小、滑動距離及滑動速度。

(3)材料自身的硬度及內(nèi)部組織。(4)腐蝕磨損：化學(xué)和力學(xué)的協(xié)同破壞作用可以增加固體表面材料損失的速率。例如：與滑動或滾動相關(guān)的力學(xué)磨損可以破壞保護膜，從而將基底暴露于腐蝕環(huán)境中；另一方面，腐蝕的反應(yīng)產(chǎn)物，特別是堅硬的氧化物顆粒，也會成為磨蝕粒子。(5)沖蝕磨損：沖蝕磨損指的是材料表面受到細小而松散的流動粒子沖擊時而出現(xiàn)的—種磨損形式。(6)微動磨損：微動磨損是指兩固體接觸表面上因出現(xiàn)周期性小振幅振動所造成損傷的一種特殊的磨損方式，微動磨損主要發(fā)生在相對靜止的摩擦副表面，兩接觸表面無宏觀相對運動。只是在外界變載荷影響下存在微小振幅的相對震動而引起磨損。影響磨損的主要因素(1)服役條件1）載荷：隨載荷增加，摩擦副表面實際接觸面積增大。從而摩擦力增大，摩擦熱增加使材料表面損傷加速。

2）速度：如果滑動速度的增加未引起摩擦表面溫度的激增，則隨滑動速度的增加．摩擦?xí)r間減少，材料來不及變形、從而使磨損量減少。若滑動速度增加使摩擦副表面急劇升混溫而軟化，則會加劇接觸表由的粘著傾向，使粘著磨損增加。溫度：隨溫度升高，材料表面的硬度降低，使實際接觸面積增加，導(dǎo)致粘著磨損傾向上升，當溫度升到—定程