表面工程技術(shù)的相關(guān)基礎(chǔ)(文件)
【正文】 ?摩擦存在于固體、氣體和液體之間。 F為摩擦力 (切向力 )； N為法向力 (載荷 )； μ為摩擦系數(shù)。 一種摩擦方式常常包含幾種磨損機(jī)理。這樣形成的焊合點(diǎn)因表面的相對滑動(dòng)而被剪斷，相應(yīng)的力量構(gòu)成摩擦力的 粘著分量 。 液體潤滑和邊界潤濕 磨損速率 摩擦系數(shù) 固體潤滑 ? 影響固體材料粘著磨損性能的因素： 1)潤滑條件或環(huán)境：在真空條件下大多數(shù)金屬的磨損是極其嚴(yán)重的。晶體結(jié)構(gòu)為密排六方的材料摩擦系數(shù)最低，磨損率也最低，面心立方材料次之，體心立方材料最高。溫度對磨損的影響是間接的。材料的磨損率與一般的力學(xué)性能沒有簡單的對應(yīng)關(guān)系。 四、其它磨損形式 （自學(xué)） 疲勞磨損 腐蝕磨損 沖蝕磨損 空泡磨損 五、提高零件耐磨性的途徑 設(shè)計(jì)或改善機(jī)械零部件的耐磨壽命，是工程技術(shù)中必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。 2．零件磨損機(jī)理預(yù)測、分析和耐磨材料的選擇 材料的耐磨性是系統(tǒng)性質(zhì)，影響因素眾多。 ?提高材料表面硬度的工藝方法：表面淬火、涂覆、合金化 …… ?降低表面摩擦系數(shù)：形成非金屬性質(zhì)的摩擦面或添加固體潤滑膜。 ?腐蝕的危害： 資源與能源，經(jīng)濟(jì)損失巨大 (我國： 3%GDP) 污染與事故 一、化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕原理 二、金屬表面的極化、鈍化及活化 三、腐蝕的主要形式 四、金屬材料腐蝕控制及防護(hù)方法 一、化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕原理 1．基本概念 (分類 ) ?腐蝕原理： 化學(xué)腐蝕：不導(dǎo)電介質(zhì)中發(fā)生，腐蝕過程中 無電流產(chǎn)生。 局部腐蝕：腐蝕局限在金屬的某一部位。 ?腐蝕電位： 判斷金屬腐蝕的熱力學(xué)可能性－ 其越負(fù)的金屬越容易腐蝕 。 ?極化與電流密度的大小有關(guān)：電流密度越大，極化也越大。 (陽極反應(yīng)受阻的現(xiàn)象 ) 鈍化大大降低了金屬的腐蝕速度，是提高金屬耐蝕能力的 主要 方法 。 ?表面活化過程是鈍化的相反過程，能消除金屬表面鈍化狀態(tài)的因素都有活化作用： (1)金屬表面凈化 (2)增加金屬表面的化學(xué)活性區(qū) 三、腐蝕的主要形式 金屬腐蝕的主要形式：局部腐蝕、全面腐蝕和在機(jī)械力作用下的腐蝕。 ?陽極保護(hù)法：使腐蝕件的電位正移，使表面形成穩(wěn)定的鈍態(tài)而受到保護(hù)。 思考題： 1. 基于固相宏觀成分差異形成的界面有哪些？其各自的結(jié)合強(qiáng)度特點(diǎn)如何？ 2. 為什么金屬表面會(huì)發(fā)生極化現(xiàn)象？ 。 當(dāng)介質(zhì)中含有濃度較高的活性陰離子時(shí)，不能采用陽極保護(hù)法。 ?產(chǎn)品總體設(shè)計(jì) ?結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ?選材設(shè)計(jì) ?受力分析設(shè)計(jì) ?加工工藝設(shè)計(jì) …… 2．電化學(xué)保護(hù) 陰極保護(hù)、陽極保護(hù) ?陰極保護(hù)法：用電化學(xué)方法使被保護(hù)工件在工作條件下的電位移至平衡可逆電位以下，從而停止腐蝕的方法。 ?金屬鈍化理論： 成相膜理論：鈍化層的機(jī)械隔離作用 吸附理論：吸附層改變了金屬表面的能量狀態(tài)，降低了金屬表面的化學(xué)活性 3．金屬表面的活化 鈍化膜是實(shí)施許多表面工程技術(shù)的障礙。 ?極化曲線： ?過電位： 對于可逆電極，某一電流密度下的電極電位值與平衡電位值之差，稱為該電極在給定電流密度下的過電位。 二、金屬表面的極化、鈍化及活化 1．金屬表面的極化現(xiàn)象 ?極化現(xiàn)象 (極化作用 )： 腐蝕電池工作時(shí)，陰、陽極之間有電流通過，使陰、陽極之間的電位差(實(shí)際電極電位 )比初始電位差要 小 得多的現(xiàn)象。 2．金屬化學(xué)腐蝕的基本原理 與一般化學(xué)反應(yīng) (金屬氧化反應(yīng) )基本相同。 ?環(huán)境： 濕蝕 (包括水溶液腐蝕、大氣腐蝕、土壤腐蝕和化學(xué)藥品腐蝕 ) 干蝕 (包括高溫氧化、硫腐蝕、氫腐蝕、液態(tài)金屬腐蝕、熔鹽腐蝕等 ) 微生物腐蝕 (包括細(xì)菌腐蝕、真菌腐蝕等 ) ?腐蝕形態(tài) 全面腐蝕：腐蝕分布在整個(gè)金屬表面上 (包括較均勻的和不均勻的 )。 許多表面強(qiáng)化方法具有耐磨和減磨兩種特性，使耐磨性大幅度提高。 3．材料表面耐磨與減摩處理 通過表面工程技術(shù)提高耐磨性： 耐磨 使表面具有良好的力學(xué)性能 (高硬度、高韌度等 )； 減磨 設(shè)法降低材料表面的摩擦系數(shù)。 ?產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須合理。 ?形狀和粒度 粒度：存在一臨界尺寸 形狀：尖銳型 多角形 圓形 (2)材料力學(xué)性能與微觀組織： ? 硬度 磨損后的表面硬度 耐磨性與硬度之間沒有單值對應(yīng)關(guān)系。 1．磨粒磨損過程中材料的去除機(jī)理 ?去除機(jī)理： 塑性變形：磨粒與塑性材料表面接觸時(shí) 顯微切削、顯微犁溝 （ 塑性材料 ） 斷裂：磨粒和脆性材料表面接觸時(shí) 顯微切削、顯微裂紋 （ 脆性材料 ） 斷裂機(jī)理所造成的材料損失比塑性變形機(jī)理的大。周期表上相距較遠(yuǎn)的元素不易互溶，也不易粘著。 2)硬度：材料的硬度越高，耐磨性越好。 材料的摩擦系數(shù)主要決定于摩擦副剪切強(qiáng)度 τ b和屈服強(qiáng)度 σ s的比值。（ 15%） 粘著磨損機(jī)理： 表面粗糙度導(dǎo)致接觸應(yīng)力產(chǎn)生調(diào)幅分布。 ? 人們往往認(rèn)為“摩擦學(xué)中無定律”。 材料的摩擦與磨損是因果關(guān)系。 ? 不同的磨損失效過程
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