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現(xiàn)在很多客戶咨詢熱噴涂工藝，但是又無法詳細的描述具體的工況，這讓我感覺非常棘手。我不希望客戶浪費時間和金錢來選擇合適的工藝和材料，所以為了讓客戶更加清晰的了解產(chǎn)品失效機理，我將詳細的闡述產(chǎn)品失效的幾種主要的原因。

產(chǎn)品的失效機理可分為兩大類，一是磨損，二是腐蝕。磨損是在產(chǎn)品日常使用過程中常見的情況，但是大部分的磨損都伴隨著腐蝕的存在，我們先拋開腐蝕，單獨看一下磨損有哪些情況。

摩擦磨損

機器的運轉都是由運動零部件的配合來做相對運動實現(xiàn)的，而配合表面的相對運動必然伴隨著摩擦而產(chǎn)生磨損。在摩擦過程中，摩擦表面發(fā)生的尺寸、形狀和表面質量的變化稱為磨損。摩擦磨損與摩擦表面形貌有關。由于表面粗糙度的存在，兩摩擦表面僅僅是在少數(shù)孤立點上發(fā)生接觸，這時，法線方向載荷便由這些點上發(fā)生接觸。接觸面越小，法向應力越大。當法向應力超過材料的屈服，接觸點就產(chǎn)生塑性變形。在塑性變形的同時，接觸點金屬表面上的氧化膜也被壓碎或剪切掉。這時，接觸點金屬分子間相互吸引力增大，有可能相互擴散而溶合在一起。我們把熔合在一起的現(xiàn)場稱為冷焊。當相對運動繼續(xù)進行時，由于剪切而使冷焊點破裂。以后又在接觸點發(fā)生塑性變形、冷焊和破裂，直到接觸面積增大到足以支撐法向載荷為止。這時，表面硬度增加了，表面粗糙度也有所提高。

摩擦磨損過程是一個復雜的過程，當金屬發(fā)生塑性變形時，要釋放熱量，因此，在摩擦表面上的溫度要比基體金屬的溫度高很多。當溫度高于再結晶溫度時，因變形而引起的表面強化現(xiàn)象將消失；當溫度繼續(xù)升高，金屬被軟化，摩擦表面金屬分子相互粘結；當溫度升高到相變溫度，摩擦表面金屬就會發(fā)生相變，強度和硬度也大大降低。在摩擦磨損過程中，摩擦表面還要和周圍介質起作用。例如當氧化膜被壓碎或剪切后，裸露的金屬表面迅速與氧氣起化學反應，形成新的氧化膜。氧化膜與基體金屬的結合力弱，容易被剪切或壓碎。另外，空氣中的水分和潤滑油中的硫均能與摩擦表面其起化學反應，產(chǎn)生化合物，加劇表面的磨損。因此，摩擦磨損過程就是由于機械和化學的作用，使物質從表面不斷損失或產(chǎn)生殘余變形的過程。

按摩擦面之間有無潤滑材料及潤滑劑的存在狀態(tài)將摩擦分為干摩擦、邊界摩擦、液體摩擦和混合摩擦。

1、  干摩擦

摩擦面之間沒有潤滑劑存在時發(fā)生的摩擦稱為干摩擦。干摩擦的發(fā)生有很多理論解釋，常用的所謂“粘著—機械嚙合”學說。由于物體之間摩擦面的微觀狀態(tài)是凹凸不平的，摩擦面之間的接觸不發(fā)生在整個面上，摩擦只是發(fā)生在摩擦面之間凸峰與凸峰正好相對的地方，物體之間的正壓力實際上只由占摩擦面很小部分的實際接觸面積承受。由于這些凸峰和凸峰相接觸的點收到相當大的壓力而產(chǎn)生塑性變形，出現(xiàn)了粘著現(xiàn)象，使凸峰與凸峰就好像被“熔焊”在一起。當物體做相對運動時，將產(chǎn)生機械嚙合阻力，這是摩擦力的又一個來源。因而物體之間發(fā)生干摩擦時，其摩擦力是“熔焊”點造成的粘著阻力與“凹凸體”機械嚙合阻力之和。

干摩擦是有害的，主要表現(xiàn)在能量的損失（如轉為熱能）和零件的磨損上（如溫度升高導致材料表面抗磨性及強度降低同時有磨屑的產(chǎn)生）。

2、  邊界摩擦

邊界摩擦也稱為邊界潤滑，是指物體之間摩擦面上存在一層由潤滑劑構成的邊界膜發(fā)生的摩擦。邊界膜的性質是影響邊界摩擦的主要因素，按其形成方式，可分為吸附膜和反應膜兩類。吸附膜是通過物理因素（分子吸引）或化學因素（電子交換產(chǎn)生的化學結合力），使?jié)櫥瑒┲械臉O性分子產(chǎn)生定向排列形成的一層膜。

反應膜則是由硫、磷、氯等元素的潤滑油添加劑與摩擦表面起化學反應，所生產(chǎn)的新的物質而構成的一層膜。在邊界潤滑作用比較充分，即形成的分子柵有較大的承載能力和長度時，摩擦僅發(fā)生在邊界膜之間，摩擦系數(shù)僅與摩擦面的性質（材料、幾何形狀等）和潤滑油的油性有關，也就是摩擦系數(shù)和摩擦面潤滑劑之間形成極性分子柵的能力和分子柵本身的承載能力有關，而與潤滑油的粘度大小無關。當邊界潤滑作用較差時，某些部位的邊界膜被破壞，造成摩擦面的直接接觸，從而形成干摩擦，使摩擦系數(shù)增大。

吸附膜的穩(wěn)定性較差，在溫度下，定向排列的極性分子會因熱運動而變得雜亂無章，甚至從摩擦面上脫落下來，使得吸附膜失去承載能力，潤滑作用大大減小。反應膜交吸附膜穩(wěn)定的多，因為在高溫下化學反應的速度加快，更有利于生成新的物質來加強反應膜，所以反應膜適于重載低速和高溫的條件。但是生產(chǎn)反應膜時，一般伴隨著對金屬的腐蝕性。

3、  液體摩擦

液體摩擦也稱為液體潤滑，當物體之間的接觸面被潤滑油膜隔開時，物體相對運動所產(chǎn)生的摩擦叫液體摩擦。液體摩擦時，物體之間的摩擦面沒有直接接觸，其間除了邊界潤滑膜外，還有流動油膜。因此摩擦僅發(fā)生在潤滑油之間，運動阻力僅由潤滑油分子間的吸引力（內聚力）形成，因而摩擦系數(shù)很小，一般在0.01-0.001的范圍內。

4、  混合摩擦

混合摩擦也稱為混合潤滑，是屬于一種不穩(wěn)定的潤滑。它既存在著潤滑油粘度所產(chǎn)生的粘滯阻力，也存在金屬表面微凸體接觸所產(chǎn)生的摩擦阻力。實際上它是指上述三種摩擦中兩種摩擦同時存在的情形，可分為半干摩擦和半液體摩擦。半干摩擦是指干摩擦和邊界摩擦同時存在的情形，不充分的邊界摩擦將導致半干摩擦。半液體摩擦是液體摩擦和邊界摩擦同時存在的情形，不充分的液體摩擦會導致半液體摩擦。工業(yè)設備經(jīng)常處于混合摩擦狀況。

摩擦磨損根據(jù)過程的不同，可分為粘著磨損、磨粒磨損、表面疲勞磨損和腐蝕磨損四種基本形式。

1、  粘著磨損

摩擦副在法向載荷的作用下，接觸點產(chǎn)生塑性變形，氧化膜被壓碎或剪切，接觸點發(fā)生冷焊。如果運動速度較小，而法向載荷較大，摩擦表面溫升很高，金屬軟化或熔化，接觸點金屬就相互粘在一起。當繼續(xù)運動時，粘著處被剪切，這樣粘著、剪切、再粘著、剪切的過程，就構成了粘著磨損。根據(jù)剪切部位的不同，粘著磨損又可分為輕微磨損、涂抹、擦傷、撕裂和咬死五種。當剪切發(fā)生在粘著面上，表面轉移的物質極輕微；當剪切發(fā)生在離粘著面不遠的軟金屬淺層內，軟金屬就涂抹到硬金屬表面；當剪切發(fā)生在軟金屬的壓表面層內，軟金屬表面出現(xiàn)擦傷或拉毛痕跡；當剪切發(fā)生在摩擦副較深處，表面就出現(xiàn)撕裂；當粘著強度比基體剪切強度高，而且粘著區(qū)域大，相對運動時的剪切應力又低于基體金屬的剪切強度，摩擦表面就咬死。

2、  磨粒磨損

摩擦副表面間存在磨粒時，它能使表面層金屬產(chǎn)生部分塑性變形，有時磨粒還會切削表層金屬，使表層產(chǎn)生擦傷和拉毛。表面產(chǎn)生塑性變形后，氧化膜被剪切，因此表面金屬繼續(xù)氧化，使氧化磨損速度加快。

磨料磨損有兩種情況，一是法向載荷作用下硬顆粒滑過軟表面時，在軟表面上刨出許多溝槽，這叫兩物體的磨粒磨損。若摩擦表面進入硬質顆粒，并從摩擦表面上切下微細切屑，一起在法向載荷的作用下滑過摩擦副表面，這叫三物體磨粒磨損。硬質顆?？梢允悄p產(chǎn)物，也可以是空氣或潤滑油中的雜質。大多數(shù)機械在含有污垢和灰塵中工作，屬于第兩種磨粒磨損。

3、  表面疲勞磨損

摩擦副的摩擦表面作滾動或滾動與滑動的復合摩擦時，在交變接觸應力作用下，使摩擦表面疲勞而產(chǎn)生裂紋后，分離出碎片、顆粒的現(xiàn)象，稱為表面疲勞磨損。在滑動摩擦副中，盡管兩個零件沒有直接接觸，但摩擦表面仍受到由油膜傳遞的載荷影響，產(chǎn)生應力。其中很大壓應力發(fā)生在表面上，而很大的剪切力則發(fā)生在表層內。當應力超過限值，材料就破壞了。

4、  腐蝕磨損

在摩擦過程中，摩擦表面與周圍液體、氣體或汽體發(fā)生以化學或電化學腐蝕為主的磨損，稱為腐蝕磨損。腐蝕產(chǎn)物通常與表面結合不牢，因而繼續(xù)摩擦會使它們分離，這一過程又重復進行。當腐蝕成為磨損的主因時，通常有幾種磨損形式同時發(fā)生。例如，常見的表面膜往往是氧化鐵，從表面脫落后都變成磨料。因此，兩摩擦表面將同時發(fā)生腐蝕磨損和磨粒磨損。

磨損規(guī)律

任何一對摩擦副零件，在正常使用條件下，其產(chǎn)生的磨損是有規(guī)律的。磨損一般分為三個階段：首階段為磨合期。磨合期是摩擦初期改變摩擦表面幾何形狀和表面物理化學特性的過程。在磨合期內，由于表面高低不平，實際接觸表面小，接觸點的壓應力大，磨損較大。如果在兩表面定期注入潤滑油，也往往由于摩擦產(chǎn)生大量熱而使油膜遭到破壞，引起粘著磨損。所以在磨合期運行時，要求載荷和速度小，潤滑油多一些。載荷小，接觸點壓應力小，磨損小，因塑性變形產(chǎn)生的熱量??；潤滑油多，使摩擦表面獲得較好的潤滑和冷卻，并將磨屑帶走，減少磨粒磨損。如果在磨合期一開始就提高載荷和速度，潤滑油也供應不充分，這時，摩擦表面不僅不能獲得光滑表面，而且越來越粗糙，使配合性質發(fā)生惡化；二階段為正常磨損期，或者稱為穩(wěn)定磨損期。這個階段，磨損趨于緩慢，因為磨合以后，摩擦表面已經(jīng)比較光滑，冷加工硬化層也逐步形成，表面硬度增加，磨損顯著減少。這時可以承受較大的載荷和較高的速度。但要加強維護保養(yǎng)工作，注意排除某些增加磨損的因素：例如，潤滑油要清潔、供給要充分、冷卻要良好等。使正常磨損階段盡可能延長；三階段為急劇磨損期，是磨損的末期階段。經(jīng)長期運行后，不僅使零件摩擦表面幾何形狀發(fā)生較大變化，而且使零件精度和配合性質變壞，產(chǎn)生振動，溫度升高，磨損急劇增加，此時機器應停止運行，進行檢修。

在我們分析磨損失效機理的同時，還需要關注產(chǎn)品使用溫度的高低，產(chǎn)品承受壓力的大小，承受壓力的形式。其中承受壓力的形式主要是靜壓力、沖擊力、還要考慮產(chǎn)品承受壓力的方向是法向力，還是切向力，這些因素都會影響工藝和材料的選擇。在選擇材料的時候，硬度、結合強度、高溫性能、韌性等綜合考慮，同時還要考慮到產(chǎn)品的形狀和尺寸要求。磨損不只是受硬度影響，有很多客戶直觀的認為“硬度越高越好”，但是對于很多工況來說，不能把硬度作為首要標準。作者接觸了很多因為磨損而失效的產(chǎn)品，這些沒有經(jīng)過表面處理或者做了錯誤的表面處理的產(chǎn)品，產(chǎn)品磨損失效給企業(yè)帶來了大量的經(jīng)濟損失。后續(xù)將講述產(chǎn)品失效的另一種形式——腐蝕。