1、濰坊科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 課題名稱：零件表面常見磨損機(jī)理的研究學(xué)生姓名：高健 學(xué) 號：201002060275院 系：汽車工程學(xué)院專 業(yè)： 機(jī)電一體化技術(shù)班 級：2010級機(jī)電7班 指導(dǎo)教師：張曉亮 2013 年5 月 1 日目錄（一） 磨損的分類-1（1） 磨損的分類-1（2） 典型的磨損過程-3（二） 磨損的成因-4（1） 磨損形成的因素-4（2） 磨損表面形態(tài)分析-5（三） 磨損避免方法-6（1） 潤滑-6（2） 選用耐磨材料-6（3） 進(jìn)行表面改性-6（四） 結(jié)束語-10（五） 參考文獻(xiàn)-11 內(nèi)容摘要自然界中不論機(jī)械零件, 還是人造關(guān)節(jié)都存在著磨損。可以說, 磨損無處不在。它直

2、接影響著機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)精度和壽命。而磨損實(shí)際是接觸表面隨著時間增加和載荷作用損傷的累積過程，據(jù)相關(guān)資料顯示，每年全世界近五分之二的生產(chǎn)被摩擦磨損消耗掉。由此可見研究分析磨損機(jī)理對社會生產(chǎn)和人類發(fā)展有著重大意義，因此,本文就磨損的分類、磨損的形成因素、磨損的避免方法三個方面展開系統(tǒng)的研究與分析。 關(guān)鍵詞： 磨損的分類、磨損的形成因素、磨損的避免方法（一）磨損的分類磨損是零部件失效的一種基本類型。通常意義上來講，磨損是指零部件幾何尺寸（體積）變小。 零部件失去原有設(shè)計(jì)所規(guī)定的功能稱為失效。磨損的分類根據(jù)近年來的研究，人們普遍認(rèn)為按照不同的磨損機(jī)理來分類是比較恰當(dāng)?shù)?，通常將磨損劃分為四個基本類型：粘著磨

3、損；磨粒磨損；表面疲勞磨損；腐蝕磨損；微動磨損。磨損類型形成原因現(xiàn)象影響因素粘著磨損邊界摩擦，載荷大，速度高，邊界膜破壞，表面尖峰接觸形成材料轉(zhuǎn)移材料硬度，表面粗糙度，載荷、速度、溫度，不同材料配副磨粒磨損表面的微峰或外界硬質(zhì)顆粒進(jìn)入摩擦面表面劃傷或犁溝現(xiàn)象環(huán)境，表面硬度、粗糙度疲勞磨損（也稱疲勞點(diǎn)蝕）接觸應(yīng)力反復(fù)作用：軸承、齒輪表層金屬剝落，形成點(diǎn)蝕凹坑表面硬度、粗糙度，潤滑油粘度雖然這種分類還不十分完善，但它概括了各種常見的磨損形式。例如：腐蝕磨損是表面和含有固體顆粒的液體相摩擦而形成的磨損，它可以歸入磨粒磨損。微動磨損的主要原因是接觸表面的氧化作用，可以將它歸納在腐蝕磨損之內(nèi)。（1）粘著

4、磨損:粘著磨損是指在相互摩擦的兩表面之間，由于溫度較高，使摩擦表面的金屬局部熔化發(fā)生轉(zhuǎn)移粘附在相接觸的零件表面的現(xiàn)象。粘著磨損將會在零件表面形成麻點(diǎn)或鱗尾狀磨痕。嚴(yán)重的粘著磨損會產(chǎn)生零件表層金屬內(nèi)部撕裂，引起摩擦表面咬粘，即兩摩擦表面粘附在一起，導(dǎo)致相對運(yùn)動中止，造成機(jī)械事故，曲軸燒瓦和發(fā)動機(jī)拉缸即屬此類。減少粘著磨損的主要措施包括采用科學(xué)的磨合工藝、按規(guī)定要求強(qiáng)化材料表面、選擇合適的表面粗糙度、保持良好的潤滑等。（2）磨粒磨損：磨粒磨損是指在相互摩擦的兩表面間，由于硬質(zhì)顆粒的存在而引起零件表面磨損的現(xiàn)象。磨粒磨損將會在材料表面劃出溝槽，其磨損程度隨運(yùn)動速度、載荷、磨損硬度等的增大而加劇。減小

5、磨粒磨損的主要措施是防止外來磨粒進(jìn)人和防止摩擦表面間產(chǎn)生磨粒。(3)疲勞磨損:疲勞磨損是指在周期性載荷長期作用下，相互接觸的零件表面產(chǎn)生塑性變形及應(yīng)力集中，導(dǎo)致形成微觀裂紋，隨摩擦進(jìn)程的延續(xù)，微觀裂紋進(jìn)一步擴(kuò)大并交織在一起，最后圍成面積而剝落的現(xiàn)象。疲勞磨損將在材料表面形成麻點(diǎn)、裂紋甚至微片剝落。疲勞磨損是汽車滾動軸承、齒輪及凸輪等零件的主要磨損形式。(4)腐蝕磨損:腐蝕磨損是指因材料與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而引起零部件表面材料損失的現(xiàn)象。腐蝕磨損根據(jù)其介質(zhì)性質(zhì)等的不同可分為氧化磨損、特殊介質(zhì)腐蝕磨損和穴蝕等3種形式。減小腐蝕磨損的主要措施包括選用耐腐蝕性強(qiáng)的材料、對材料表面進(jìn)行不同的處

6、理(如表面擠壓、表面淬火、碳氮共滲、表面噴錮)及正確的使用維護(hù)等。以上介紹的為磨損的四種基本類型，但實(shí)際中表現(xiàn)出的磨損，常不能單純地納入上述四類基本形式。有許多是以上基本類型的轉(zhuǎn)化或復(fù)合。如圖（1）、圖（2）所示隨速度及載荷的變化，磨損類型也在變化。這說明，磨損類型可以隨工作條件的變化而發(fā)生轉(zhuǎn)化。圖1 磨損隨速度轉(zhuǎn)化示意圖圖2 磨損隨載荷轉(zhuǎn)化示意圖圖3 磨損的轉(zhuǎn)化著名科學(xué)家查爾德（Child）研究了載荷與速度對軟鋼-軟鋼無潤滑條件下的磨損狀態(tài)（見圖3），表明磨損隨工作條件的改變而發(fā)生轉(zhuǎn)化。典型的磨損過程（三階段） 1、磨合磨損過程 在一定載荷作用下形成一個穩(wěn)定的表面粗糙度，且在以后過程中，此粗

7、糙度不會繼續(xù)改變，所占時間比率較小。2、穩(wěn)定磨損階段 經(jīng)磨合的摩擦表面加工硬化，形成了穩(wěn)定的表面粗糙度，摩擦條件保持相對穩(wěn)定，磨損較緩，該段時間長短反映零件的壽命。3、劇烈磨損階段 經(jīng)穩(wěn)定磨損后，零件表面破壞，運(yùn)動副間隙增大動載、振動潤滑狀態(tài)改變溫升磨損速度急劇上升直至零件失效。（二）磨損的形成因素（1）磨損形成的因素影響磨損的因素很多，但并非都可控制。對于摩擦副的設(shè)計(jì)者，首先應(yīng)保證工作參量不致引起磨損由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向嚴(yán)重。也即應(yīng)當(dāng)盡可能使?jié)櫥せ蛭侥?、反?yīng)膜等將固體接觸表面分隔開。把穩(wěn)態(tài)時的磨損率限制在一定范圍內(nèi)，以滿足設(shè)計(jì)的工作壽命。常用有效的控制因素有下列多種：材料的選擇包括配對材料的組分、

8、結(jié)構(gòu)、金相組織和物理、化學(xué)性質(zhì)等。對于不同的磨損類型有不同的要求。表1列出了不同磨損類型選擇材料的要求。表.1 各種磨損類型對材料性能的要求磨損類型配對材料的性能要求粘著磨損不溶焊、不互溶、低表面能、低延展性、高硬度、六方結(jié)晶結(jié)構(gòu)等易形成防粘著表面層磨料磨損高硬度、高含碳量、晶粒尺寸小、彈性模量低的細(xì)晶組織、纖維狀（斷口）結(jié)構(gòu)、易于發(fā)生加工硬化疲勞磨損耐疲勞、耐腐蝕、表層含雜質(zhì)較少腐蝕磨損更高的耐腐蝕能力，不易與所用的潤滑材料起腐蝕性反應(yīng)，表面進(jìn)行耐腐蝕處理潤滑劑的選擇潤滑的主要作用之一是降低磨損，所以要針對可能存在的磨損狀況選擇合適的潤滑劑。應(yīng)當(dāng)提醒注意的是：有的潤滑劑可能對抗粘著磨損有利，

9、但卻會引起更嚴(yán)重的氧化磨損。如含極壓添加劑的潤滑劑。因此選用時一定要權(quán)衡利弊。表面粗糙度根據(jù)潤滑狀態(tài)（如流體潤滑、邊界潤滑、固體潤滑）的不同，選擇合適的粗糙度。機(jī)械結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試等方面控制磨損如設(shè)計(jì)盡量用大面積接觸，減小接觸應(yīng)力、減少磨損。表面溫升和冷卻材料的溫升是導(dǎo)致摩擦副失效的重要原因，因此改善冷卻條件，盡快降低摩擦面的溫度是十分重要的。如選用導(dǎo)熱性能良好的材料，加大潤滑劑流量，增大強(qiáng)制散熱面積和增添散熱裝置等。（2）摩擦表面的形態(tài)分析 由于摩擦現(xiàn)象發(fā)生在表面層，表層組織結(jié)構(gòu)的變化是研究摩擦磨損規(guī)律和機(jī)理的關(guān)鍵，現(xiàn)代表面測試技術(shù)已先后用來研究摩擦表面的各種現(xiàn)象。 1、摩擦磨損表面

10、形貌的分析 摩擦過程中表面形貌的變化可以采用表面輪廓儀和電子顯微鏡來進(jìn)行分析。 表面輪廓儀是通過測量觸針在表面上勻速移動，將觸針隨表面輪廓的垂直運(yùn)動檢測、放大，并且描繪出表面的輪廓曲線。再經(jīng)過微處理機(jī)的運(yùn)算還可以直接測出表面形貌參數(shù)的變化。 目前常用的表面微觀形貌分析設(shè)備為掃描電子顯微鏡。電子掃描的圖像清晰度好，并有立體感，放大倍數(shù)變化范圍寬(20-20000倍)，檢測范圍亦較大。2、摩擦磨損表面結(jié)構(gòu)的分析 金屬表面在摩擦磨損過程中表層結(jié)構(gòu)的變化通常用衍射技術(shù)來分析，常用的有電子衍射法、 X射線衍射法 。 1）電子衍射的穿透能力小，散射厚度僅為10-710-8 cm。電子衍射可用來進(jìn)行薄層的摩

11、擦表面分析， 例如研究金屬的粘著磨損和摩擦副材料遷移現(xiàn)象。2）X 射線穿透能力大, 散射層厚度可達(dá)到10-410-2 cm。X 射線衍射常用來對較厚的摩擦表面的結(jié)構(gòu)分析。例如，此法常用于研究發(fā)動機(jī)活塞環(huán)與缸套表面摩擦磨損后晶體尺寸的變化，單晶鐵板在磨料磨損后由鐵向鐵的轉(zhuǎn)變以及潤滑油添加劑在金屬表面上的潤滑機(jī)理。（三）磨損的避免方法潤滑潤滑是防磨的有效手段。改善潤滑技術(shù)，包括正確運(yùn)用潤滑原理，合理設(shè)計(jì)潤滑方式和潤滑系統(tǒng)，研制開發(fā)新型有效的潤滑材料等等。但必須注意的是：某種手段對某工況下適用、有效，并不等于它對任何工況都適用。選用耐磨材料根據(jù)不同的磨損類型來選擇耐磨材料和摩擦副配對。進(jìn)行表面改性使

12、用整體耐磨材料通常比較昂貴，另外，有些性能能滿足耐磨，但不能滿足摩擦元件對強(qiáng)度、剛度、韌性等要求。采用表面改性的方法，可以充分發(fā)揮材料表面和芯部不同的作用。表面改性有兩方面用途： a.試圖降低摩擦力 改善負(fù)荷分布及接觸狀態(tài)。改性后的表面應(yīng)具有低剪切強(qiáng)度和潤滑作用。通常用（施加）與原表面不同的各種涂（鍍）層：如粘結(jié)固體潤滑膜：借助于粘結(jié)劑將固體潤滑劑牢固地粘結(jié)在摩擦表面上起潤滑劑作用的涂層。物理氣相沉積鍍層：在真空環(huán)境中，用物理的方法，在溫度場、電場、和或磁場的作用下，把潤滑劑或軟金屬以氣相形式沉積到基底材料表面，得到具有潤滑性的薄膜。如濺射MoS2或離子鍍Ag膜。化學(xué)氣相沉積涂層：化合物在高溫

13、下氣化，然后沉積在真空室中加熱的基底材料上。或在沉積的同時通入反應(yīng)氣體，在表面上形成新的化合物。如碳膜固體潤滑劑擦涂膜：將固體潤滑劑直接用軟布插涂到摩擦表面上形成的潤滑劑涂層。電化學(xué)沉積膜（包括共析電鍍、電泳、化學(xué)鍍等）：通過電鍍或電解等方法將潤滑劑和金屬一起沉積在基底表面上。如Au-Cu-Ni-MoS2，Ni-石墨，電泳MoS2等。原位化學(xué)轉(zhuǎn)化膜：如硫化氫氣體在高溫下與鍍有MoO3表面起反應(yīng)轉(zhuǎn)化為MoS2膜。摩擦聚合膜：在摩擦過程中，潤滑油脂與金屬及添加劑作用產(chǎn)生聚合反應(yīng)形成的固態(tài)潤滑膜。LB膜（Langmuir-Blodgett）：是將單分子層連續(xù)轉(zhuǎn)移而構(gòu)成多層組合膜的總稱。如將長鏈化合物

14、二十二烷酸的單分子層和MoS2一起轉(zhuǎn)移在固體基底表面上起潤滑作用。b.防止表面損傷 改性后得到耐磨的硬表面。常用的有：機(jī)械強(qiáng)化處理，表面化學(xué)處理，常規(guī)的金屬熱處理，化學(xué)熱處理，熱噴涂和等離子噴涂膜等。以及近代的物理表面強(qiáng)化技術(shù)（包括物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、激光技術(shù)、等離子技術(shù)、離子注入和離子束技術(shù)等方法）。現(xiàn)介紹幾種常用的表面改性技術(shù)。機(jī)械強(qiáng)化處理 主要有噴砂（干噴和濕噴），噴丸，起冷作硬化作用。 目的與性能：達(dá)到一定的粗糙度，有利于機(jī)械嚙合或儲存潤滑劑的作用；提高表面硬度，暴露新鮮表面，提高表面活性。表面化學(xué)處理 表面化學(xué)處理是通過在表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使金屬形成一個表面層。表面層具有以

15、下不同類型： 多孔型表面層，便于儲存潤滑劑，如ZnPO3。 活性表面層，易于與其上的潤滑膜或邊界膜相結(jié)合，如FeS。或改變惰性材料表面的鈍化性。 防腐蝕、耐磨、改變表面能等。常用的表面化學(xué)處理方法有： 鋼鐵：磷化、硫化、氧化等?？商岣咂浔砻嫔蠞櫥さ姆栏约澳湍バ浴?不銹鋼：氧化、草酸鹽化。可增強(qiáng)不銹鋼表面的活性。 鋁：陽極氧化、氯化?？商岣咪X的耐磨性。 銅：氧化。 聚合物：改變聚合物的表面能。如PTFE用四氫呋喃和精萘處理后，磨損率降低到原來的1/200。常規(guī)的金屬熱處理 淬火、表面淬火： 將金屬加熱到再結(jié)晶溫度（相變）以上，突然冷卻（于水或油中），使材料發(fā)生相變。一般是由奧氏體（）轉(zhuǎn)變?yōu)轳R

16、氏體（硬）或再經(jīng)調(diào)質(zhì)處理得珠光體等。以達(dá)到提高硬度或強(qiáng)度的目的。 對于不同成分的金屬，可根據(jù)其各自的金屬合金平衡相圖查得合適的熱處理規(guī)程（包括溫度、升溫速度、保溫時間、冷卻速度等）。 普通加熱爐中對整體零件加熱后淬火，使整體硬度增加；如使用高頻加熱爐快速加熱零件表面，進(jìn)行表面淬火，可提高表面硬度而保持芯部原有的金相組織。 尚有回火、退火等處理方法，為改善和調(diào)整材料性質(zhì)。 這種處理一般在機(jī)械加工過程中進(jìn)行，由摩擦副的設(shè)計(jì)及加工部門制訂和實(shí)施。化學(xué)熱處理鍍熱擴(kuò)散 鍍熱擴(kuò)散 金屬表面鍍層后置于高溫下進(jìn)行熱擴(kuò)散，使鍍層中的元素或化合物擴(kuò)散到金屬基體表面，然后進(jìn)行常規(guī)的熱處理，以提高材料的摩擦學(xué)性能。

17、有報道用鹽浴對某種金屬底材上的青銅鍍層進(jìn)行熱擴(kuò)散，然后經(jīng)退火、回火、冷處理等不同的處理方法，使青銅鍍層的結(jié)構(gòu)和摩擦學(xué)表面的能量狀態(tài)發(fā)生明顯的變化，并具有良好的摩擦學(xué)性能。 裴有福、齊毓霖等報道了一種刷鍍滲入法。在金屬底材40Cr鋼和Ly12（鋁合金）上分別用電刷鍍法制備Sn和Cu+In復(fù)合鍍層，然后在N2保護(hù)下，于密封式管狀爐中加熱。用X-射線衍射及顯微分析，表明底材中滲入了鍍層的成分并形成了合金。材料的摩擦磨損性能有明顯改善。（四）結(jié)束語 在論文即將完成之際，感謝我的指導(dǎo)老師張小亮張老師，他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的工作態(tài)度是我今后學(xué)習(xí)、工作中的榜樣。他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。這篇論文中的每個實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，都離不開您的細(xì)心指導(dǎo)，而您開朗的個性和寬容的態(tài)度，幫助我能夠很快融入這個實(shí)驗(yàn)中去。感謝父母無言的支持，焉得媛草，言樹之背，父母之恩，無以回報。您們永遠(yuǎn)開心快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始到論文順利完成，有