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腐蚀磨损的定义及分类


腐蚀磨损的定义及分类

摩擦副运动过程中,其材料与周围介质发生化学或电化学相互作用的磨损叫做腐蚀磨损。可以认为,存在腐蚀磨损时,材料的摩擦表面破坏是由于两个相配合表面的滑动摩擦,也可能是在气蚀和非气蚀条件下因由硬颗粒介质流的作用而引起的。而腐蚀则是由于材料与介质发生化学或电化学的相互作用过程所造成的。
在金属与非电传导介质接触,特别是高温接触的条件下,则发生化学腐蚀。这时金属与介质直接相互作用并不伴随电流的产生。在金属与电解质(酸、盐水溶液等)想接触时,则发生电化学腐蚀。这时介质与金属的相互作用可分为两个独立而又相联系的过程,即金属某一部分溶解的氧化过程和还原过程,同时金属的溶解过程伴随着电流出现,腐蚀磨损出现的状态也不同,可分为三类。
1. 氧化磨损
因大气中含有氧,所以氧化磨损时*常见的一种磨损形式。其损坏特征是在金属的摩擦表面沿滑动方向呈匀细磨痕。钢铁氧化生成Fe2O3(红褐色片状)、Fe3O4(黑色丝状)和FeO。铝合金也容易氧化。
除金、铂等少数金属以外,生成单分子层氧化膜。膜的厚度将逐渐增大,其增长速度随时间成指数规律而减小。脆性氧化膜的磨损速度大于氧化速度,容易磨损。而韧性氧化膜与基体结合牢固,磨损速度小于氧化速度。氧化膜起保护作用,可降低磨损率。氧化铁属脆性,磨损快;氧化铝属韧性,磨损慢。
影响氧化磨损的因素有滑动速度、接触载荷、氧化膜的硬度、介质的含氧量、润滑条件及材料性能等因素。一般说来,氧化磨损率比其他磨损小得多。
在压力一定、滑动速度很小时,摩擦表面被红色Fe2O3覆盖,磨损量小,属于氧化磨损;当滑动速度增高时,产生的磨屑较大,摩擦表面粗糙,属粘着磨损;若速度再增高,表面被黑褐色粉末状Fe3O4所覆盖,属于氧化磨损,磨损量也较小;速度进一步增大时,则又出现粘着磨损,磨损量剧增;当载荷超过某一临界值时,磨损量随载荷的增大而急剧增加,磨损类型可能由氧化磨损转化为粘着磨损。
介质含氧量会直接影响磨损率。金属在还原性气体、惰性气体、纯氧介质中,其磨损都比在空气中大,这是因为空气中所形成的氧化膜强度高,与基本金属结合牢固的缘故。
用润滑剂润滑时,润滑剂除了起减摩作用外,又隔绝了摩擦表面与空气中氧的直接接触,使氧化膜的生成速度减缓。但润滑剂与氧反应所生成的酸性氧化物会腐蚀摩擦面。生产中有时利用危害性小的腐蚀磨损以防止危害性大的粘着磨损。如汽车后桥中采用双曲线齿轮传动,因双曲线齿轮副接触应力较大,极易产生早起粘着磨损。为了阻止粘着磨损,在润滑油中有意加入中性极压添加剂,宁可产生较低氧化性的腐蚀磨损,使油膜强度提高,避免严重的粘着磨损出现。
2. 特殊介质腐蚀磨损
摩擦副与酸、碱、盐等特殊介质发生化学腐蚀作用而形成的磨损称特殊介质腐蚀磨损。其磨损机理与氧化磨损相似,但磨损速度较快。
有些元素,如铬在特殊介质作用下,易形成化学结合力较高、结构致密的钝化膜,从而减轻腐蚀磨损。钨、铝两金属在500℃以上,表面生成保护膜,使摩擦系数减小,故钨、铝是抗高温腐蚀磨损的重要金属材料。此外,由碳化钨、碳化钛等组合的硬质合金,都具有高抗腐蚀磨损能力。
含镉、铅等元素的滑动轴承材料很容易被润滑油里德酸性物质腐蚀,在轴承表面上生成黑点,逐渐扩展成海绵状空洞,在摩擦过程中形成小块剥落。含银、铜等元素的轴承材料,在温度不高时,与油中硫化物生成硫化物膜,能起减摩作用;在高温时,表面膜性质硬而脆(如硫化铜膜),易破裂,极易剥落。
3. 气蚀
气蚀在零件与液体相接触并有相对运动发生时。当油液与零件接触处的局部压力比其蒸发压力时,将发生汽化。同时溶解在液体中的气体亦可能析出形成气泡。如果这些气泡流到了大于气泡内压的高压区,气泡被压破,瞬间产生极大的冲击力及高温。气泡的形成和破灭的反复作用,使零件的表面材料产生疲劳而逐渐脱落,呈麻点状,随后扩展可达20mm。气蚀是一种比较复杂的破坏现象,它往往不单纯是机械作用所造成的破坏,油液的化学及电化学作用。油液体中磨粒的存在等都能加剧这一破坏过程。在柴油机的曲轴瓦、汽缸套外壁、水泵零件、水轮机叶片和船舶螺旋桨等处经常产生气蚀。
改进结构设计,使其在运动时不产生或少产生涡流,采用抗气蚀性能好的材料,如强度高韧性好的不锈钢以及非金属材料如橡胶、尼龙等,都可提高抗气蚀能力。

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