7大磨损类型和形貌
收集整理中，逻辑有些混乱，慢慢改……
相同材料在不同工况下，会出现不同类型的磨损。同一工况，会出现多种磨损机理共存，一种为主。
1. 磨损的定义
- 磨损是相对运动产生的现象，因而橡胶老化、腐蚀不属于磨损研究范畴
- 磨损发生在材料表面，非材料的损失或破坏，不属于磨损
- 磨损是不断损失或破坏的现象，不断说明磨损过程是连续的、不间断的，不是偶然几次
1.1 磨料磨损
由硬质物体或颗粒的切削或刮擦作用引起表面材料脱落的现象。磨料磨损可分为凿削式、高应力碾碎式和低应力擦伤式3 种形式。由于硬质物体或颗粒可能是中间物质, 或者是摩擦副本身, 切削或刮擦作用在单一摩擦行程中就能发生, 因此磨损量往往是很高的, 在工业中最常见。机械零件大约有50 % 是由于磨料磨损而损坏的。
磨料磨损的形貌特征：摩擦面上有明显犁皱形成的沟槽;
1.2 粘着磨损
粘着现象，相互界面发生塑性流动，由于分子力作用造成接触点的粘着和焊合现象。粘着磨损，相互接触面的微凸体不断发生粘着结点和结点断裂导致摩擦面破坏的现象叫粘着磨损；
[highlight color=”yellow”]金属表面特点是：金属表面常粘附一层很薄的转移膜伴有化学成分变化;[/highlight]
- 因剪切力转移出的材料来源于副材料的表面，则称为“零磨损”；
- 齿轮、刀具、模具、轴承、涡轮等零件的失效都与粘着磨损有关，约占磨损形式中的25%；
- 粘着现象，主要是界面商原子、分子结合力作用的结果；摩擦副互溶性越大，更容易粘着；两金属晶格越接近、电子密度、电化学性能越接近，互溶性越大；面心立方晶体结构粘着性大于密排六方晶体结构，因为其更容易滑移；
- 多相金属比单相金属粘着性小
- 金属化合物比单相晶体粘着性小（如PVD金属陶瓷涂层）
- 因此，在两块纯金属之间增加镀膜可以减少粘着磨损；
扩散磨损
灵兮认为，扩散磨损是粘着磨损中的一种。工模具与工件表面在高温或高压下，相互紧密贴合，并发生相互吸引和粘着，致使工模具与工件表面的材料发生相互扩散，造成表面合金元素的贫化或富化，导致工模具表面与基体的成分发生差异，弱化了工模具表面的抗磨损性能，加快了磨损速度，从而降低了工模具寿命。
1.3 疲劳磨损
两接触面作滚动或滚动滑动复合摩擦时, 在交变接触压应力作用下使材料表面疲劳而产生物质损失的现象。齿轮副、凸轮副、滚动轴承、钢轨与轮箍等都能产生表面疲劳磨损。由于接触压应力的大小是随时间或位置的不同而不断改变的, 所以在很多磨损过程中都伴随有表面疲劳磨损,。
形貌特征：表现为裂纹的渐渐形成和扩展、表面颗粒脱落、留下麻点和孔穴。
1.4 腐蚀磨损
在摩擦过程中, 金属同时与周围介质发生化学或电化学反应, 产生物质损失的现象。由于介质的性质、介质作用在摩擦面上的状态, 以及摩擦材料性能的不同, 腐蚀磨损出现的状态也不同。
形貌特征：表面冲蚀坑(鱼鳞状)和短程沟槽变形层有微小裂纹
1.5 微动磨损
在两个相互接触的金属表面间伴有小振幅的振动作用, 由于零件的振动和周期性变形, 使表面的氧化膜破裂, 材料发生粘着; 进而氧化物的脱落和粘着结点剪切, 产生的金属微粒变成了摩擦面之间的磨料; 新生成的金属表面又会与大气中的氧反应, 生成氧化物, 因此在摩擦表面间同时存在粘着、磨料、疲劳和腐蚀磨损现象的磨损称为微动磨损。
形貌特征：经氧化作用在结合部位产生红褐色微粉积聚，这就是微动磨损的最初特征，出去不易发现，发现不及时，就有可能扩展成较明显的相对滑动，甚至“烧伤”(粘着磨损)。
1.6 其它补充磨损——金属陶瓷磨损
- 细小晶粒比粗大晶粒磨损要小——PVD沉积过程中，等离子化越充分，膜层越致密越耐磨
- 相同条件小，Fe元素含量越多耐磨性越差；贝氏体比马氏体更耐磨；
- 金属陶瓷膜对环境敏感，例如氧化铝膜在水环境中裂纹加速；滑动会加速表面化学反应
1.7 其它补充磨损——聚合物磨损
- 当聚合物与陶瓷或金属摩擦时，几乎所有的形变变形都发生在聚合物内，聚合物会被磨损。——铁氟龙涂层炒锅不能用金属铲或陶瓷铲就是这个原理
- 聚合物磨损通常时静电力（包括范德华力）
- 当界面温度在Tg以下，热固性聚合物如PS、PVC、PMMA，并不形成转移膜，发生疲劳磨损或磨粒磨损；热塑性聚合物发生粘着磨损
- 当界面温度在Tg以上，热固性聚合物发生热解；热塑性聚合物发生粘着转移
- 少量聚合物如铁氟龙（PTFE）、HDPE、超高分子聚乙烯，在一定条件下可形成低摩擦和磨损率的转移层
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2. 常见的7种磨损类型
腐蚀、疲劳、磨损是三大失效方式之一。只有充分了解失效原理，才能针对性定制表面处理方案，以提升工件寿命。产生磨损的根本原因在于, 受摩擦负荷作用的物件与摩擦系统中其它要素之间发生了相互作用的结果。与摩擦系统中基础件、配对件、中间介质和环境介质等要素与磨损有关。本文将初步探讨下5大磨损机理：
磨损类型 | 形成原因 | 改善方案 |
|---|---|---|
| 磨粒磨损 | 运动的硬颗粒使被摩擦的构件表面产生破损而分离出磨屑或划伤的磨损现象 | – 改善表面硬度与韧性 – 减少磨粒数量； – 减低表面的摩擦力； |
| 粘着磨损 | 两个相对运动的接触零件，由于分子间吸引力作用，产生固相局部“冷焊”或粘接，使材料从一表面转移至另一表面引起的磨损 | – 合理选材，摩擦付配对选 用硬度差较大的异类材料 – 提高表面硬度 – 减小接触压应力 – 减小表面粗糙度 |
| 冲刷磨损 | 含颗粒的流体(液体或汽体)冲击固体表面时，表面局部材料不断损失所造成的破坏现象 | |
| 微动磨损 | 两个接触物体表面间没有发生宏观的相对运动，但在载荷作用下产生小振幅相对振动（一般小于100um） | -减小负载 |
| 疲劳磨损 | 当两个接触体相对滚动或滑动时，在接触区产生的循环应力超过材料的疲劳强度时，表面会产生裂纹，随后裂纹逐步扩展，最后部分开裂和剥落 | – 提高表面硬度 – 提高材料韧度 – 提高构件心部和表面强度 – 降低表面粗糙度 |
| 腐蚀磨损 | 当含颗粒的腐蚀性流体沿构件表面流动时，其表面不仅受到电化学腐蚀为主，还受到颗粒的磨擦磨损 | – 提高材料的耐磨耐蚀性 – 流体介质pH调整为7左右 – 适当减低流体的流速 |
| 气蚀 | 当流体在局部区压力减小或遇阻时，将产生气泡，这种现象在高速流动且有局部搅动的水力机械或气流机械的过流部件中会发生。气泡萌生、长大和溃灭，将使限流部件表面受到破坏。有时称为空泡腐蚀 | – 改善材料表面光洁度 – 减少流体中的空泡 (液体介质) 或 液滴 (气体介质) – 适当减低流体的流速 |
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3. 七种磨损的形貌
3.1、磨粒磨损
3.2、粘着磨损
3.3、冲刷磨损
3.4、微动磨损
3.5、疲劳磨损
3.7、腐蚀磨损
