浅析金属材料磨损失效及防护
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摘 要：本文从金属材料磨损及磨损失效的过程入手，分析了金属材料磨损失效的原因，并在此基础上提出了金属材料磨损失效的有效防护措施。期望通过本文的研究能够对提高金属材料的抗磨性能和延长机械设备的使用寿命有所帮助。
关键词：金属材料 磨损 失效
一、金属材料磨损失效分析
1.金属材料磨损
金属材料磨损是一种十分常见的现象，具体是指材料相互接触的表面在相对运动的过程中，由于各种作用而引起的不断损耗现象，如机械作用、化学作用等等。通过大量的研究后发现，金属材料磨损主要来源于摩擦，并且磨损与摩擦力以及摩擦系数间有着非常复杂的关系。在实际工况中，影响金属材料磨损的因素相对较多，具体包括环境因素，如温度、湿度以及介质等等；工作条件，如速度、运动方式、载荷等等；材料组成；润滑状况；工件表面的物理化学性质。通常情况下，这些影响因素中的任何一个出现细微的变化时，都会导致金属材料的磨损量发生改变，同时还可能使磨损机理出现变化。
对金属材料磨损的分析可以从不同的角度进行，一方面可从物理、化学的角度进行分析，金属材料的磨损过程为机械能转化为热能的过程，由于加热与冷却均以极快的速度进行，从而会使材料表面产生出较高的自由能及表面活性。当金属材料表面的原子与周围的环境介质之间发生相互作用时，会产生出物理及化学吸附，并且还会发生化学反应，这样便会使材料表面出现加工硬化成层，将会影响金属材料的磨损过程。由此可知，材料的磨损实质上是一个动态的过程；另一方面可从原子与作用力的角度进行分析，原子在相互接触的金属材料表面上非常接近，有时甚至会进入到斥力场，这样一来，在相互运动的作用下，便会产生出能量损耗。如果表面充分接触时，原子在排斥作用及自然趋势的影响下，会返回到原本的位置上，但实践证明，这种情况是很难达到的。换言之，原子可能被撞击至相对表面的另一个原子场当中，并在该位置处获得新的平衡。
2.金属材料的磨损失效过程分析
大体上可将金属工件的磨损分为以下三个阶段：
2.1.跑合阶段。该阶段一般出现在摩擦副的初始运动过程中。由于金属材料的表面存在一定的粗糙度，微凸体的接触面积相对较小且接触应力较大，磨损速度也比较快。此时在载荷作用下，互相摩擦的表面会被逐渐磨平，从而导致实际接触面积增大，磨损速度会随之减慢。
2.2.稳定磨损阶段。该阶段一般出现在摩擦副的正常运行过程中。经过前一阶段的跑合之后，摩擦表面呈现出加工硬化，微观几何形状会发生一定程度的改变，并且实际接触面积也会有所增大，而压强则会显著降低，这给弹性接触创造了条件，此时磨损基本趋于稳定，而磨损量则会随着时间的延长而不断增大。
2.3.剧烈磨损阶段。当摩擦条件发生较大的变化时，导致磨损速度剧增，此时机械效率会大幅度下降，精度也会随之相应降低，并伴随出现异常的振动及噪声，最终变化导致零件完全失效，即磨损失效。
二、金属材料磨损失效的有效防护措施
1.提高金属材料表面的耐磨性
所谓的耐磨性具体是指金属材料在一定摩擦条件下抵抗磨损的能力。目前，较为常用的提高金属耐磨性的方法有以下几种：
1.1表面形变强化。该方法主要是借助各种机械方法，如喷丸、冷挤压等，使金属材料的表面层产生塑性变形，从而使其形成硬度和强度都相对较高的硬化层。这种方法的优点是简单易行，能够有效提高金属材料的耐磨性。
1.2表面热处理强化。该方法具体是指利用固态相变的原理，通过高温、快速加热的方式，对金属材料表面进行淬火。经过淬火之后的材料，不但耐磨性能够有所提升，而且还能提高抗疲劳强度，是一种比较理想的提高金属材料耐磨性的方法。
1.3化学热处理。该方法是借助一些外来元素的固态扩散渗入，改变金属材料表面层的化学成分，从而达到表面强化的目的。由于化学处理需要使用专门的设备，并且处理时间相对较长，加之成本较高，故此在实际中应用较少，仅在比较特殊的情况下使用。
1.4表面合金强化。利用金属材料表面的重新熔化与凝固，来获得预期的成分或是组织的一种表面处理技术。该方法主要是采用高能量密度的快速加热，使金属表层熔化，或是将覆盖在金属表层上的合金材料熔化，然后通过冷却的方式进行凝固，从而获得硬化层，这样金属表层便会具有足够的耐磨性。
1.5表面薄膜强化。这是一种通过物理或是化学的方法在金属材料的表面覆盖与基体材料不同的膜层，以此来形成耐磨层和抗腐蚀膜。常用的方法有电镀、气相沉积、离子注入等等。
2.改善工作环境
大量的实践表明，机械设备所在的工作环境是导致金属材料磨损失效的关键性因素之一。为此，可以通过改善工作环境来达到防护的目的。通常情况下，在机械设备处于正常工作状态时，要尽可能优化其工作环境，同时还要减少设备的超额作业时间，避免各种腐蚀性物质因操作原因进入到设备当中，给设备创造出一个最佳的工作条件。这样不但能够进一步增强金属的防护能力，而且还能保持金属材料的连续使用性，有助于延长机械设备的使用寿命。
3.优选金属材料
有关文献资料记载，金属材料本身的性质是磨损的决定性因素。为此，在工作环境良好的前提下，应当选择耐磨性能较高的金属材料。同时，当材料确定之后，可以通过上文中的方法对金属材料的表面进行强化处理，这样可以进一步提高材料的耐磨性。
4.定期进行润滑保养
对金属材料进行定期的润滑保养也是增强其抗磨损性能的有效途径之一。当机械设备使用一段时间之后，可以使用耐磨性较高的润滑油对金属材料进行保养，这样不但能够修复和改善金属本身的性能，从而增强其抗磨性，而且还能起到延长机械设备使用寿命的作用。
结论：
总而言之，金属材料的磨损是一种十分常见的现象，一旦材料出现磨损，不但会破坏整体美观，而且还会加速材料的腐蚀速度，甚至会影响成品的尺寸精度及表面质量，最终会导致机器的使用寿命和可靠性降低。为此，必须采取有效的措施提高金属材料的耐磨性，降低材料磨损失效的可能性。
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