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如何提高金属材料的耐磨性能

2015-6-24 10:37:00      点击:
金属材料是一种历史悠久发展成熟的工程材料。我国早在商朝即有青铜器出现,春秋战国时代开始使用铁器,铝合金的运用亦已有一百年的历史,就连钛合金都已发展六十多年了, 随着人类文明的演进,金属材料一直扮演着重要的角色,举凡与我们生活息息相关的食,衣,住,行,无不处处见其踪迹,例如陆、海、空、各类运输工具、桥梁、建筑、机械工具,国防重工业等不胜枚举。 

图(1)是金属耐磨材料用于矿山破碎中的鄂板
 在机械制造业中,一般机械零件都是在常温、常压和非强烈腐蚀性介质中使用的,且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能,称为机械性能(或称为力学性能)。金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不同(例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等),对金属材料要求的机械性能也将不同。常用的机械性能包括:强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。  但在复杂工况条件下,冶金、矿山、港口、电力、煤炭、建材及军事等各个工业行业中,许多工件及设备由于磨损而迅速失效。材料摩擦、磨损和腐蚀虽然很少引起金属工件灾难性的危害,但其造成的经济损失却是相当惊人的。因此,在复杂工况下,耐磨损性能是对金属机械材料部件的新挑战。  金属磨损过程一般分三个阶段:  第一阶段金属磨合、精磨合阶段。采用特殊工艺,人为控制将金属表面凸出部分磨平。凹处补齐,使接触面积加大。光洁度提高。达到减少金属磨损目的,可以使汽车节油,设备节电。  第二阶段金属磨损稳定阶段。在这个阶段金属磨损极少,磨损量与润滑油、负载、速度、温度等条件有关。  第三阶段金属磨损加速阶段。由于磨损量日积月累达到一定程度后,就会发生振动,温度提高,金属表面剧烈磨损导致另件失效,事故发生。也可以发生汽车烧机油现象。  通常使用的提高金属材料耐磨性的办法是淬火,增加其强度。如果要求比较高,且不易淬火可以考虑渗碳、渗氮或者碳氮共渗。在渗碳、渗氮或者碳氮共渗均无法达到要求的情况下可以对金属材料进行表面处理,增加耐磨涂层。  

图(2)是耐磨涂层,是高分子聚合物陶瓷涂层
在选择耐磨涂层时,首要考虑的当然是材料的耐磨性能,耐磨材料与金属材料的粘接力也是一个重要因素,材料耐磨性再好,如果无法和金属基材进行很好的粘接,短时间即引起脱落,再好的耐磨材料也不能得到有效的应用。此外,耐磨涂层的处理技术也至关重要,在对一些较复杂的金属材料进行涂层处理时,往往很多技术不易施展或是无法操作,相对来说,喷涂技术操作简单,易于施工,且不受基材的形状限制,处理起来比较方便。因此,选择粘接力强的耐磨材料对金属材料进行喷涂表面处理是一个较为实用提高金属材料耐磨性的方法。如果耐磨材料还能具备耐酸碱腐蚀、耐冲击,摩擦小就更加完美了。目前这类耐磨材料正是表面处理耐磨材料的研究和发展方向。
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