摘要：金属材料磨损对于企业来说是一件头疼的问题,这不但影响了企业设备的可靠安全运行,还减少了机械的使用寿命,使生产的成本与安全性成本增高,影响企业的效益。因此,我们更应该进行研究与确定金属磨损的原因,对症下药,将金属材料磨损的程度降到最低,同时能够给工业生产人员和企业提供安全保障。
关键词：金属材料；磨损失效；防护
中图分类号：TG14 文献标识码A
引言
现如今，金属材料在我国各行各业的应用十分普遍，大至航天器、航空母舰的建造，小至家庭厨房用品；同时金属材料对于我国工业及国防等方面也发挥着无可替代的作用。而金属材料的磨损失效问题也普遍存在。磨损失效问题不仅会影响产品的质量以及使用年限、限制企业的发展、给企业带来巨大的经济损失；还会影响科学技术的发展，成为科学发展的瓶颈。
1金属材料磨损失效的现状及危害
磨损、腐蚀和断裂是材料失效的三种主要形式，因材料磨损而导致损坏的设备约占设备损坏总量的70%～80%。根据发达国家摩擦学的统计数据显示，因材料磨损失效而造成的经济损失大约每年都在上千亿美元；而我国由于工业发展起步晚、设备老化等多方面的原因，情况可能更严重。特别是在我国金属材料应用的重要行业，例如汽车及铁路、冶金、航空航天等也都存在着金属材料磨损失效的问题。摩擦学对于金属材料磨损的定义为，因为金属材料部件的副表面相互接触摩擦和运动作用而造成的材料表面的损耗现象，一般包含金属材料的尺寸、外形的变化和表面质量、组织结构、性能的损害。工业机械设备在运行工作过程中，因为工作环境的不稳定、设备的长期运行以及振动、金属部件之间的摩擦等诸多因素导致大量的固体粉尘颗粒、水汽和与金属会发生化学反应的有毒气体浸入金属机械设备之间，而又不能对这些杂质进行及时完全的清理，进而会导致金属材料的磨损。金属材料磨损一旦发生到一定程度，就会对该设备的性能及精确度造成不可逆的损害，特别是对那些精密的金属材料设备的影响有可能是毁灭性的；同时还会降低设备的安全可靠性，导致设备故障率的上升，给工程或生产的产品带来经济损失和质量影响，也给操控设备人员带来更多的安全隐患。为了解决和减少金属材料磨损失效带来的危害，我们先来讨论磨损的基本形式和成因。
2金属材料磨损失效的基本形式
工业化进程中,我国应重点解决的问题之一就是金属材料磨损失效。在解决这一问题的同时,应当先了解金属磨损失效的形式有哪些,以及相关磨损的原因,然后对症下药。金属磨损失效问题的形式主要有以下几种。
2.1磨粒磨损失效
因为金属的磨粒磨损,金属的相关性能形成了损耗,从而导致不能承担所承受的压力和应力。材料磨损重要的形式之一就是磨粒磨损,包括凿削磨损、擦伤磨损等形式,导致金属材料性能损失。金属表面在外力过强时,会受到破损,金属表面的损伤中,很多凹凸不平的现象,就是这种原因造成的,如果磨粒磨损受力较小时,则产生的是擦伤磨损。
2.2粘着磨损（黏着磨损）
粘着磨损（黏着磨损）是指相互接触的金属材料的部件表面发生摩擦副相对运动时，由于固相焊合作用的结果，造成接触面金属损耗。粘着磨损导致金属材料磨屑的形成，进而影响设备的性能。而引起粘着磨损的主要因素有相对滑动距离、负载、金属材料的硬度等；在这些主要的因素中（在其他因素不变的情况下）相对滑动距离越大，粘着磨损越严重；负载越大，粘着磨损越厉害；而粘着磨损的程度与金属材料的硬度成反比，即金属材料的硬度越大，粘着磨损的程度越小。
2.3表面疲劳磨损
表面疲劳磨损也可简称为疲劳磨损。表面疲劳磨损是指两个相互接触的金属材料部件的表面在交变接触压应力的作用下，金属材料表面因疲劳而产生物质损失。在摩擦学中，表面疲劳磨损的原因是金属材料在周期性负载情况下出现重复变形，并因此导致金属材料表面硬化及塑像变形；在弹力学中形象地将疲劳磨损导致的损坏描述成金属材料表面裂纹由小麻点发展为大麻斑；金属材料表面裂纹的产生可能会导致金属机械部件的严重损坏，甚至碎裂，导致整个设备无法运行，给生产或工程带来重大影响。
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2.4腐蚀磨损
腐蚀磨损是指金属材料部件表面在相互摩擦的过程中，金属材料的表面与周围环境中的介质发生化学或电化学反应，因而出现物质损失的现象。腐蚀磨损是一种在特殊情况下才会发生的磨损，在腐蚀磨损的过程中随着金属材料被腐蚀，进而产生磨粒磨损，磨粒磨损的发生进一步加重了腐蚀磨损。正因为这个原因，腐蚀磨损的速度也远远高于其他形式的磨损。因此，尽管腐蚀磨损是在特殊情况下才会产生，但也应引起足够的重视。
3金属材料磨损失效的有效防护措施
3.1提高金属材料表面的耐磨性
3.1.1化学热处理
化学热处理是指通过固态扩散渗入一些外来元素来对金属材料的化学成分进行改变，以便达到强化表面的效果。但是值得注意的是，化学热处理的成本支出较高，且处理时间较长，还需要专门的专业人员来操作专门设备，所以，仅仅只是在特殊情况下使用，使用频率较低。
3.1.2表面薄膜强化
表面薄膜强化是指在金属材料表面利用离子注入、气相沉积、电镀等化学方法或物理方法是覆盖膜层（覆盖膜层的材料与基体材料完全不同），以此来形成抗腐蚀膜和耐磨层。
3.1.3表面形变强化
表面形变强化是指利用冷挤压、喷丸等机械方法来强化金属材料表面层，使之形成较强的塑性变形，进而使之出现强度、硬度较高的硬化层。表面形变强化能够对金属材料的耐磨性予以有效地提高，且操作方法简单。
3.2定期维修保养
3.2.1定期的润滑保养
当使用机械设备一段时间之后，为了能够避免出现金属材料磨损失效的问题，可利用润滑油（耐磨性较高）来保养金属材料，这样一来，不仅能够增强金属材料的抗磨性及自身性能，还能够对机械设备的使用寿命予以有效地延长。
3.2.2改善工作环境
导致金属材料磨损失效的主要因素之一是工作环境，可通过对工作环境机械改善来达到防护金属材料磨损失效的效果。第一，要最大限度防止机械设备中渗入各种腐蚀性物质；第二，正常使用机械设备，不能让其长期处于超额作业状态；第三，保持机械设备工作环境的整洁。
3.3改善金属材料的制造工艺
针对金属材料表面存在的摩擦力和粗糙度，可对金属材料的制造工艺予以改善，降低摩擦系数，提升光滑度，从而有效地让粘着磨损得以降低；与此同时，还应该要进一步改进机械设备的切削工艺、铸造工艺、焊接工艺、锻造工艺，进而有效提高机械设备的机械性能、化学性能、物理性能。例如：机械设备的抗电化学腐蚀性能和抗化学腐蚀性能可通过改进锻造工艺来实现。此外，设备人员还应该针对机械设备在实际应用中存在的各种缺陷来进行改进，如选用适宜的摩擦副材料、设计合理的金属零件摩擦学结构等等，为机械设备正常工作的发挥出积极的作用。
结束语
材料科学一直以来都是支撑工业发展、科技进步的基础性学科。各类材料中或多或少都会存在着失效问题，对于产品质量和使用寿命都会造成直接影响，也会带来材料的大量浪费情况；解决和处理材料失效问题的能力，往往体现了国家科技发展水平。从目前来看，金属材料失效的主要形式可分为三大类，分别是磨损、断裂和腐蚀，其中最普遍的是磨损失效，占到了总体金属材料失效的70%。所以积极研究金属材料磨损失效及防护措施具有非常重要的意义。
参考文献
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[2]刘枫棣,张兰,马会中.机械设备金属材料的磨损失效及安全防范策略[J].科技经济导刊,2016,12:85-86.
[3]任亚杰.金属材料表面纳米化设备设计研究[D].南京理工大学,2016.
论文作者:王宝纯
论文发表刊物:《基层建设》2017年5期
论文发表时间:2017/6/20
标签：磨损论文; 金属材料论文; 表面论文; 机械设备论文; 设备论文; 摩擦论文; 金属论文; 《基层建设》2017年5期论文;