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磨损的表面处理保护

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对于处于干摩擦状态的摩擦副,应优先考虑尽可能在其表面生成一层具有大量共价键组元的覆层(转移膜?),这样可显著减少摩擦副偶见之间的分子相互作用。干摩擦条件下的摩擦副,不可具有相同金相组织。

同时,对于无机涂层而言,需尽量降低表面粗糙度。另外,铁氟龙等高分子聚合物是优秀的自润滑涂层。

  • 高硬共价键涂层:CBN、SiC、AlN、Si3N4;高硬通常很脆
  • 金属键涂层:TiB2、TiC、WC、ZrB2、NbC及TaC,具有良好的导电性和导热性
  • 离子键氧化物高硬涂层:Al2O3、BeO、ZrO2和Zr2O3;特别适合氧化气氛和高温环境

高硬和低韧性总是相伴而生,在承受负载的摩擦副一半使用多相材料,优势互补。

01 提增加高硬材料抗裂纹扩散和汇聚能力

  • 将高硬材料相置于韧性金属粘结相的包裹中,如WC-Co,TiC-Ni-Mo
  • 相比强化,弥散相变过程中的体积变化,如Al2O3-ZrO2
  • 形成多界面的组织,保护材料的内聚状态不变,如TiC/TiB2
  • 形成混晶

02 主要耐磨表面处理技术

主要分为表面覆膜和表面处理,阳极氧化处于两者之间,材料相变的同时发生体积长大。

种类典型材料表面厚度表面硬度特征
电镀Cr、Ni50-500μm500-1200HV微裂纹,间断的层状结构叠加
摩擦覆膜Cu1-9μm局部金属覆盖
自熔合金喷涂NiCrBSi、Mo、合金钢0.1-5mmMo:500-900HV层叠状;空隙、空腔
金属陶瓷喷涂WC、Al2O3100-500μm56-60HRC
600-1400H
层叠状多相性;空隙、空腔
堆焊合金钢几毫米52-58HRC铸造构造
PVD氮化钛1-7μm1800-4500HV微晶结构
CVD氧化铝2-12μm2000-4000HV微晶、碳化物、多层
渗氮、渗碳FeN、FeB20μm
扩散层1mm
1200HV外层细状孔,其下部分杆状结构;扩散层析出结构
阳极氧化氧化铝、氧化锆50-150μm300-600μm超过100μm有裂纹倾向

03 摩擦副中存在的磨损机理

摩擦磨损通常由1-2种机理起主要作用。

应用粘着磨损磨料磨损疲劳磨损
密封滑动面、密封3-42-31
滚动轴承0-10-24-5
干摩擦或混合摩擦小的轴、轴颈、铰链2-33-41
导轨2-33-41-3
轮/轨道124
闭式减速器:涡轮——蜗杆式421
闭式减速器:圆柱齿轮式、锥齿轮式015
润滑滑动轴承005
连续切削刀具3-43-40
间断切削刀具2-34-50
闭式冷作模具4-502
破碎机、抓斗、破碎工具050
输送装置0-24-50
阀门、挺杆、凸轮2-32-32-3