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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、Ni | 50-500μm | 500-1200HV | 微裂纹,间断的层状结构叠加 |
摩擦覆膜 | Cu | 1-9μm | – | 局部金属覆盖 |
自熔合金喷涂 | NiCrBSi、Mo、合金钢 | 0.1-5mm | Mo:500-900HV | 层叠状;空隙、空腔 |
金属陶瓷喷涂 | WC、Al2O3 | 100-500μm | 56-60HRC 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 | 1-7μm | 1800-4500HV | 微晶结构 |
CVD | 氧化铝 | 2-12μm | 2000-4000HV | 微晶、碳化物、多层 |
渗氮、渗碳 | FeN、FeB | 20μm 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 | 50-150μm | 300-600μm | 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 | 3-4 | 2-3 | 1 |
滚动轴承 | 0-1 | 0-2 | 4-5 |
干摩擦或混合摩擦小的轴、轴颈、铰链 | 2-3 | 3-4 | 1 |
导轨 | 2-3 | 3-4 | 1-3 |
轮/轨道 | 1 | 2 | 4 |
闭式减速器:涡轮——蜗杆式 | 4 | 2 | 1 |
闭式减速器:圆柱齿轮式、锥齿轮式 | 0 | 1 | 5 |
润滑滑动轴承 | 0 | 0 | 5 |
连续切削刀具 | 3-4 | 3-4 | 0 |
间断切削刀具 | 2-3 | 4-5 | 0 |
闭式冷作模具 | 4-5 | 0 | 2 |
破碎机、抓斗、破碎工具 | 0 | 5 | 0 |
输送装置 | 0-2 | 4-5 | 0 |
阀门、挺杆、凸轮 | 2-3 | 2-3 | 2-3 |