基本介紹
- 中文名：粘著磨損
- 外文名：adhesive wear
- 又稱：咬合磨損
- 定義：相對滑動中粘著處被破壞
- 分類：塗抹、擦傷、撕脫、咬死
- 影響因素：材料內部和外部
- 控制措施：對金屬表面處理
簡介,分類,不同形式,粘著磨損模型及計算,影響因素,避免的措施,
簡介
粘著磨損（adhesive wear）
摩擦偶件的表面經過仔細的拋光，微觀上仍是高低不平的。當兩物體接觸時，總是只有局部的接觸。此時，即使施加較小的載荷，在真實接觸面上的局部應力就足以引起塑性變形，使這部分表面上的氧化膜等被擠破，兩個物體的金屬面直接接觸，兩接觸面的原子就會因原子的鍵合作用而產生粘著（冷焊）。在隨後的繼續滑動中，粘著點被剪斷並轉移到一方金屬表面，脫落下來便形成磨屑，造成零件表面材料的損失，這就是粘著磨損。
分類
根據粘著點的強度和破壞位置不同，粘著磨損常分為以下幾類：
1、塗抹
粘著點的結合強度大於較軟金屬的剪下強度，剪下破壞發生在離粘著結合點不遠的較軟金屬的淺表層內，軟金屬塗抹在硬金屬表面，如重載蝸輪副的蝸桿上常見此種磨損。
2、擦傷
粘著點結合強度比兩基體金屬都強，剪下破壞主要發生在軟金屬的亞表層內，有時硬金屬的亞表層也被劃傷，轉移到硬表面上的粘著物對軟金屬有犁削作用，如內燃機的鋁活塞壁與缸體摩擦常見此現象。
3、撕脫（深掘）
粘著點結合強度大於任一基體金屬的剪下強度，外加剪應力較高，剪下破壞發生在摩擦副一方或兩方金屬較深處，如主軸一軸瓦摩擦副的軸承表面經常可見。
4、咬死
粘著點結合強度比任一基體強度都高，而且粘著區域大，外加剪應力較低，摩擦副之間的相對運動將被迫停止。
粘著磨損的形式及磨損度雖然不同，但共同的特徵是出現材料遷移，以及沿滑動方向形成程度不同的劃痕。
不同形式
按照粘著結點的強度和破壞位置不同，粘著磨損有不同的形式：
1、輕微粘著磨損：當粘結點的強度低於摩擦副兩材料的強度時，剪下發生在界面上，此時雖然摩擦係數增大，但磨損卻很小，材料轉移也不顯著。通常在金屬表面有氧化膜、硫化膜或其它塗層時發生這種粘著磨損。
2、一般粘著磨損：當粘結點的強度高於摩擦副中較軟材料的剪下強度時，破壞將發生在離結合面不遠的軟材料表層內，因而軟材料轉移到硬材料表面上。這種磨損的摩擦係數與輕微粘著磨損的差不多，但磨損程度加重。
3、擦傷磨損：當粘結點的強度高於兩對磨材料的強度時，剪下破壞主要發生在軟材料的表層內，有時也發生在硬材料表層內。轉移硬材料上的粘著物又使軟材料表面出現劃痕，所以擦傷主要發生在軟材料表面。
4、膠合磨損：如果粘結點的強度比兩對磨材料的剪下強度得多，而且粘結點面積較大時，剪下破壞發生在對磨材料的基體內。此時，兩表面出現嚴重磨損，甚至使摩擦副之間咬死而不能相對滑動。
粘著磨損模型及計算
常用Archard模型，如圖所示。假設單位面積上有幾個凸起，在壓力p的作用下發生粘著，粘著處直徑為n，並假定粘著點處的材料處於屈服狀 粘結點形成 粘結點破壞態，其壓縮屈服極限為σSC，故
粘著磨損模型
粘著磨損模型p =n·πa2/4·σSC
由於相對運動使粘著點分離時，一部分粘著點從軟方材料中拉拽出直徑為a的半球，並設此幾率為k，當滑動位移為2a時，單位位移產生的體積磨損量為
ΔV/Δl =n·1/2·πa3/6·K·1/2a= nπa2/24·K =Kp/6σSC
積分上式，且強度與硬度之間有一定關係，則總滑動距離l內的粘著磨損體積為
V =αKpl/H
式中α——係數；
H——材料硬度。
上式表明，粘著磨損體積磨損量與接觸壓力、滑動距離成正比，與軟方材料的壓縮屈服強度（或硬度）成反比。在其他條件相同時，如摩擦副較軟一方的金屬材料的σSC較高，則因難於塑性變形、不易粘著轉移而使磨損減小。但是，如果σSC（或硬度H）一定時，材料塑性較好，在相同接觸壓力下可以產生較大塑性變形，使真實接觸面積增加，降低了單位面積上的接觸壓力，也可減小磨損量，即材料的磨損量與其塑性成反比。考慮這一情況，上式可改寫為
V =αKpl/σSC·δ
式中 δ——材料的伸長率。
σSC與δ之乘積為材料的韌性，可見，粘著磨損體積磨損量隨較軟一方材料的壓縮屈服強度和韌性增加而減小。其實，從粘著磨損機理來看，增加硬度固然能減小磨損，但在材料韌性增加時，由於延緩斷裂過程，所以也能使磨損量減小。
影響因素
（1）材料特性。配對材料的相溶性愈大，粘著傾向就愈大，粘著磨損就愈大。一般來說，相同金屬或互溶性強的材料組成的摩擦副的粘著傾向大，易於發生粘著磨損。異性金屬、金屬與非金屬或互溶性小的材料組成的摩擦副的粘著傾向小，不易發生粘著磨損。多相金屬由於金相結構的多元化，比單相金屬的粘著傾向小，如鑄鐵、碳鋼比單相奧氏體和不鏽鋼的抗粘著能力強。脆性材料的抗粘著性能比塑性材料好，這是因為脆性材料的粘著破壞主要是剝落，破壞深度淺，磨屑多呈粉狀，而塑性材料粘著破壞多以塑性流動為主，比如鑄鐵組成的摩擦副的抗粘著磨損能力比退火鋼組成的摩擦副要好。
（2）材料微觀結構。鐵素體組織較軟，在其他條件相同的情況下，鋼中的鐵素體含量愈多，耐磨性愈差。片狀珠光體耐磨性比粒狀珠光體好，所以調質鋼的耐磨性不如未調質的。珠光體的片間距愈小，耐磨性愈好。馬氏體，特別是高碳馬氏體中有較大的淬火應力，脆性較大，對耐磨性不利。低溫回火馬氏體比淬火馬氏體的耐磨性好。貝氏體組織中內應力小，組織均勻，缺陷比馬氏體少，熱穩定性較高，因而具有優異的耐磨性。多數人認為殘餘奧氏體在摩擦過程中有加工硬化發生，表面硬度的提高可使耐磨性明顯提高。不穩定的殘餘奧氏體在外力和摩擦熱作用下可能轉化成馬氏體或貝氏體，造成一定的壓應力，再有，殘餘奧氏體有助於改善表面接觸狀態，並能提高材料的斷裂韌性，增加裂紋擴展的阻力，這些對耐磨性均為有利。
（3）載荷及滑動速度。研究表明，對於各種材料，都存在一個臨界壓力值。當摩擦副的表面壓力達到此臨界值時，粘著磨損會急劇增大，直至咬死。滑動速度對粘著磨損的影響主要通過溫升來體現，當滑動速度較低時，輕微的溫升有助於氧化膜的形成與保持，磨損率也就低。當達到一定臨界速度之後，輕微磨損就會轉化成嚴重磨損，磨損率突然上升。
（4）表面溫度。摩擦過程產生的熱量，使表面溫度升高，並在接觸表層內沿深度方向產生很大的溫度梯度。溫度的升高會影響摩擦副材料性質、表面膜的性質和潤滑劑的性質，溫度梯度使接觸表層產生熱應力，這些都會影響粘著磨損。金屬表面的硬度隨溫度升高而下降。因此溫度愈高粘著磨損愈大。溫度梯度產生的熱應力使得金屬表層更易於出現塑性變形，因而溫度梯度愈大，磨損也愈大。此外，溫升還會降低潤滑油黏度，甚至使潤滑油變質，導致潤滑膜失效，產生嚴重的粘著磨損。
（5）環境氣氛和表面膜。環境氣氛主要通過影響摩擦化學反應來影響粘著磨損。如在環境氣氛中有無氧氣存在及其分壓力大小，對粘著磨損都有很大影響，在空氣中和真空中同種材料的摩擦係數，可能相差數倍之多。各種表面膜都具有一定的抗粘著磨損作用，潤滑油中加入的油性添加劑、耐磨添加劑生成吸附膜、極壓添加劑生成的化學反應膜，以及其他方法生成的硫化物、磷化物、氧化物等表面膜，都能顯著提高耐粘著磨損能力。
（6）潤滑劑。潤滑是減少磨損的重要方式之一。邊界膜的強度與潤滑劑類型密切相關。當潤滑劑是純礦物油時，在摩擦副表面上形成的是吸附膜。吸附膜強度較低，在一定的溫度下會解吸。當潤滑油含有油性和極壓抗磨添加劑時，在高溫高壓條件下會生成高強度的化學反應膜，在很高的溫度和壓力下才會破裂，因此具有很好的抗粘著磨損效果。
