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如何提高金屬材料的耐磨性能

2015-6-24 10:37:00      點擊:
金屬材料是一種歷史悠久發展成熟的工程材料。我國早在商朝即有青銅器出現,春秋戰國時代開始使用鐵器,鋁合金的運用亦已有一百年的歷史,就連鈦合金都已發展六十多年了, 隨著人類文明的演進,金屬材料一直扮演著重要的角色,舉凡與我們生活息息相關的食,衣,住,行,無不處處見其蹤跡,例如陸、海、空、各類運輸工具、橋梁、建筑、機械工具,國防重工業等不勝枚舉。 

圖(1)是金屬耐磨材料用于礦山破碎中的鄂板
 在機械制造業中,一般機械零件都是在常溫、常壓和非強烈腐蝕性介質中使用的,且在使用過程中各機械零件都將承受不同載荷的作用。金屬材料在載荷作用下抵抗破壞的性能,稱為機械性能(或稱為力學性能)。金屬材料的機械性能是零件的設計和選材時的主要依據。外加載荷性質不同(例如拉伸、壓縮、扭轉、沖擊、循環載荷等),對金屬材料要求的機械性能也將不同。常用的機械性能包括:強度、塑性、硬度、沖擊韌性、多次沖擊抗力和疲勞極限等。  但在復雜工況條件下,冶金、礦山、港口、電力、煤炭、建材及軍事等各個工業行業中,許多工件及設備由于磨損而迅速失效。材料摩擦、磨損和腐蝕雖然很少引起金屬工件災難性的危害,但其造成的經濟損失卻是相當驚人的。因此,在復雜工況下,耐磨損性能是對金屬機械材料部件的新挑戰。  金屬磨損過程一般分三個階段:  第一階段金屬磨合、精磨合階段。采用特殊工藝,人為控制將金屬表面凸出部分磨平。凹處補齊,使接觸面積加大。光潔度提高。達到減少金屬磨損目的,可以使汽車節油,設備節電。  第二階段金屬磨損穩定階段。在這個階段金屬磨損極少,磨損量與潤滑油、負載、速度、溫度等條件有關。  第三階段金屬磨損加速階段。由于磨損量日積月累達到一定程度后,就會發生振動,溫度提高,金屬表面劇烈磨損導致另件失效,事故發生。也可以發生汽車燒機油現象。  通常使用的提高金屬材料耐磨性的辦法是淬火,增加其強度。如果要求比較高,且不易淬火可以考慮滲碳、滲氮或者碳氮共滲。在滲碳、滲氮或者碳氮共滲均無法達到要求的情況下可以對金屬材料進行表面處理,增加耐磨涂層。  

圖(2)是耐磨涂層,是高分子聚合物陶瓷涂層
在選擇耐磨涂層時,首要考慮的當然是材料的耐磨性能,耐磨材料與金屬材料的粘接力也是一個重要因素,材料耐磨性再好,如果無法和金屬基材進行很好的粘接,短時間即引起脫落,再好的耐磨材料也不能得到有效的應用。此外,耐磨涂層的處理技術也至關重要,在對一些較復雜的金屬材料進行涂層處理時,往往很多技術不易施展或是無法操作,相對來說,噴涂技術操作簡單,易于施工,且不受基材的形狀限制,處理起來比較方便。因此,選擇粘接力強的耐磨材料對金屬材料進行噴涂表面處理是一個較為實用提高金屬材料耐磨性的方法。如果耐磨材料還能具備耐酸堿腐蝕、耐沖擊,摩擦小就更加完美了。目前這類耐磨材料正是表面處理耐磨材料的研究和發展方向。
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