耐高溫陶瓷耐磨防腐涂料
磨損之粘著磨損詳解以及涂層的適配性選擇
粘著：當(dāng)一固體材料再另一個(gè)固體材料表面上滑動(dòng)或者壓再其表面上的時(shí)候，只有少數(shù)幾個(gè)孤立的微凸頂與其相互接觸，因此接觸面上產(chǎn)生很高的應(yīng)力，由于原子、分子間的作用力（金屬鍵、共價(jià)鍵、離子鍵、范德華力）導(dǎo)致接觸點(diǎn)粘著或者焊接。當(dāng)施加外力將焊接點(diǎn)拉開(kāi)的時(shí)候，剪切發(fā)生在強(qiáng)度較低的材料一側(cè)時(shí)，強(qiáng)度較高的材料表面會(huì)粘附有強(qiáng)度較低的材料。
粘著磨損：實(shí)際上就是相互接觸的微型凸體不斷地形成粘著結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)又不斷的斷裂導(dǎo)致摩擦表面破壞并且產(chǎn)生磨屑的過(guò)程。
粘著產(chǎn)生的原因：
界面上原子、分子結(jié)合力作用的結(jié)果。兩塊相互接觸的固體材料之間相互作用的吸引力可分為兩種：短程力 (如金屬鍵、共價(jià)鍵、離子鍵等)和長(zhǎng)程力(范德華力)。任何摩擦副之間只要當(dāng)它們的距離達(dá)到幾個(gè)納米以下時(shí)就可能產(chǎn)生范德華力作用；當(dāng)距離小于1nm時(shí)，各種類型短程力也開(kāi)始起作用。例 ：
● 兩塊純凈的黃金接觸時(shí)，在界面之間形成的是金屬鍵，界面處的強(qiáng)度與基體相似。
● 純凈的金剛石接觸時(shí)，界面上形成的結(jié)合與共價(jià)鍵相似。
● 兩塊巖鹽接觸時(shí)表面則形成離子鍵結(jié)合。
以上這些表面力都是短程力 。
長(zhǎng)程力(范德華力)主要作用于橡膠等高分子材料表面。
粘著磨損的分類：
粘著磨損類型 | 內(nèi)容 | 特點(diǎn) | 舉例 |
輕微磨損 | 粘著結(jié)合強(qiáng)度比摩擦副基體金屬抗剪切強(qiáng)度低，剪切破壞發(fā)生在粘著界面 | 摩擦系數(shù)增大，磨損量小，材料的轉(zhuǎn)移不明顯 | 金屬表面有鈍化膜、或者有其他涂層 |
涂抹 | 粘著結(jié)合強(qiáng)度大于低硬度金屬的抗剪切強(qiáng)度，小于高硬度材料的抗剪切強(qiáng)度。剪切破壞發(fā)生在低硬度金屬材料淺層內(nèi)，低硬度材料轉(zhuǎn)移。 | 摩擦系數(shù)和輕微磨損相近，但磨損程度加劇。 | 蠟筆在紙上畫(huà)畫(huà) |
擦傷 | 粘著結(jié)合強(qiáng)度比兩個(gè)基體的抗剪切強(qiáng)度都高，剪切破壞主要發(fā)生在低硬度淺層內(nèi)，也存在部分發(fā)生在高硬度材料淺層內(nèi)。 | 內(nèi)燃機(jī)的鋁活塞壁與缸體摩擦 | |
撕脫 | 粘著結(jié)合強(qiáng)度大于兩個(gè)基體的抗剪切強(qiáng)度，切應(yīng)力高于粘著結(jié)合強(qiáng)度，兩基體間的硬度接近，剪切破壞發(fā)生在摩擦副基體較深處，表面呈現(xiàn)寬而深的劃痕。 | 磨損程度高，滑動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行會(huì)導(dǎo)致粘著范圍加大，同時(shí)產(chǎn)生較高的熱量導(dǎo)致摩擦副之間形成局部熔焊。 | 車床刀具切削 |
咬死 | 粘著結(jié)合強(qiáng)度比兩個(gè)基體之間的抗剪切強(qiáng)度都高，粘著區(qū)域大，切應(yīng)力低于粘著強(qiáng)度，摩擦副之間無(wú)法產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。 | 擦傷、撕脫反復(fù)發(fā)生的情況下，區(qū)域過(guò)熱粘附力急劇增加 | 摩擦焊 |
磨損量的計(jì)算模型：
（Archard粘著磨損模型）：以兩個(gè)半球作為模型，施加一定的載荷滑動(dòng)；選取摩擦副之間的粘著結(jié)點(diǎn)面積為以a為半徑的圓，每一個(gè)粘著結(jié)點(diǎn)的接觸面積為πa2．假設(shè)摩擦副的一方為較硬材料，摩擦副另一方為較軟材料；法向載荷W由n個(gè)半徑為a的相同微凸體承受。
當(dāng)材料產(chǎn)生塑性變形時(shí)，法向載荷W與較軟材料的屈服極限σy之間的關(guān)系：
W=σyπa2n （1）
當(dāng)摩擦副產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，且滑動(dòng)時(shí)每個(gè)微凸體上產(chǎn)生的磨屑為半球形。其體積為(2/3)πa3，則單位滑動(dòng)距離的總磨損量為:
Q=n(2/3)πa3/2a=nπa2/3 (2)
由（1）和（2）式，可得：
Q=W/3σy （3）
式(3)是假設(shè)了各個(gè)微凸體在接觸時(shí)均產(chǎn)生一個(gè)磨粒而導(dǎo)出。如果考慮到微凸體中產(chǎn)生磨粒的概率數(shù)K和滑動(dòng)距離L，則接觸表面的粘著磨損量表達(dá)式為：
Q=KWL/3σy （4）
對(duì)于彈性材料，σy≈H/3，H為布氏硬度值，則式(4)可變?yōu)椋?/span>
Q=KWL/H （K為磨損系數(shù)）
由(4)式可得粘著磨損的三個(gè)定律：
（1） 材料磨損量與滑動(dòng)距離成正比：（適用于多種條件）
（2） 材料磨損量與法向載荷成正比：（適用于有限載荷范圍，> H/3時(shí)磨損加劇）
（3） 材料磨損量與較軟材料的屈服極限σy(或硬度H)成反比
粘著磨損的影響因素：
（1） 材料的性能：脆性材料比塑性材料的抗粘著能力更高，脆性材料發(fā)生粘著之后以表層剝落為主，損傷深度較淺；
（2） 材料的互性：發(fā)生粘著磨損的概率：相同金屬材料或者互溶性大的材料>異種金屬材料或互溶性小的材料>金屬與非金屬材料；
（3） 材料的組織結(jié)構(gòu)和表面處理：多相金屬比單相金屬的抗粘著磨損能力高；金屬表面的鈍化膜或者其它化合物薄膜會(huì)限制破壞深度；
（4） 材料自身的硬度：硬度高的材料抗粘著磨損的能力更高；
（5） 載荷和速度：載荷超過(guò)材料硬度值的1/3時(shí)，磨損急劇增加；
（6） 溫度：溫度的升高可能會(huì)導(dǎo)致材料表面結(jié)構(gòu)的改變，甚至硬度下降。
思考涂料產(chǎn)品的應(yīng)用：
（1） ZS-522，減少切割、焊接平臺(tái)的焊渣，減少模具表面的熔渣，就是利用了粘著磨損中異種材料之間的互溶性差，且材料的脆性大，粘著脫落深度淺，使用壽命長(zhǎng)；
（2） ZS-1061，減少水冷壁表面結(jié)焦現(xiàn)象；
（3） ZS-911耐高溫陶瓷耐磨防腐涂料，提高材料表層的硬度，提升載荷承受能力上限，以及異種材料的互溶性差等；
