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    金屬材料耐磨與防銹方法概述

    時間:2020-04-18 15:32:14 來源: 點擊:2535次

    金屬材料是指具有光澤、延展性、容易導電、傳熱等性質的材料。其中黑色金屬(鋼鐵)是基本的結構材料,稱為工業的骨骼,迄今為止,鋼鐵在工業原材料構成中的主導地位依然是無法被取代的。

    鋼鐵材料的最常見失效模式是生銹,生銹是一種化學反應,當空氣中的氧氣溶解在水里時,氧在有水的環境中與鐵反應,生成的Fe2O3就是鐵銹。鐵銹是一種棕紅色的物質,它不像鐵那么堅硬,很容易脫落,一塊鐵完全生銹后,體積可脹大8倍。如果鐵銹不除去,這海綿狀的鐵銹特別容易吸收水分,加速未生銹部分的腐蝕過程。鐵在生銹時會更重,大約是原來的35倍的重量。

    生銹后不再堅固耐用,用鋼鐵制造的產品如大橋、機器等,因為生銹,會發生斷折、故障運行等,進而引發事故,造成經濟損失。根據世界上宏觀的統計和調查,每年因腐蝕損失約1%的重量,這種損失在熱帶、海洋的環境中更加嚴重。全世界每年因鋼鐵腐蝕造成的的經濟損失平均約占經濟總量的 3%-4%,直接經濟損失約7000-10000 億美元。其中:英國的損失平均達 100億英鎊,占 GDP 3.5%,德國的損失約為450 億德國馬克,占 GDP 3.0%,美國年腐蝕損失達 3000多億美元,占 GDP 4.2%(以上數據為2017年數據)。

    此外鋼鐵材料另外一種失效模式是發生磨損,磨損失效是指零部件在使用或運行過程中,幾何尺寸(體積)、表面質量、組織結構及性能發生變化,失去原有設計所規定的功能,有損傷或隱患,繼續使用會失去可靠性及安全性,甚至完全喪失原定功能,并引發事故。

    國際權威機構測算:世界一次性能源的3050%消耗在摩擦損失上,機械設備損壞和失效約80%是摩擦磨損造成的,而且50%以上的機械裝備的惡性事故都是起因于潤滑失效造成的過度磨損,歐美發達因摩擦磨損造成的損失約占其國民生產總值的2%7%。目前我國的經濟發展模式還比較粗獷,資源浪費嚴重,該領域的損失遠高于歐美發達。

    目前解決腐蝕與磨損的方法有以下幾大類:

    1)油脂防護:是最普通的防腐方法,多用于封閉腔或對表面無外飾要求的防腐方式;但許多零件為少油或無油工況,且防銹油、脂現場管理容易臟亂差。

    2)噴涂防護:噴覆涂層完好時,可獲得一定的耐腐蝕性;但由于涂層本身強度有限,僅可用于無磕碰或少磕碰場合;對耐磨性沒有貢獻;噴涂過程環境污染嚴重,工作環境惡劣。

    3)表面鍍層:處理后可獲得一定耐蝕性及耐磨性,如鍍鋅、鍍鎳、鍍鉻等,同樣條件下比噴涂防護效果更好;但鍍層容易剝落,極易損壞工作系統;且處理過程環境污染嚴重。

    4)表面化學熱處理:即氮碳共滲+氧化處理;

    軟氮化又稱氮碳共滲,是在500~580℃下對鋼件表面同時滲入氮、碳原子的化學表面熱處理工藝。軟氮化方法有氣體、鹽?。ㄒ后w)、等離子等,其原理均為在軟氮化溫度下,滲劑發生分解或電離反應,產生活性碳、氮原子或離子,活性碳、氮原子被工件表面吸收,通過擴散滲入工件表層,從而獲得以氮為主的氮碳共滲層;表面最外層是幾微米至幾十微米的化合物層,由于在金相顯微鏡下觀察時,該化合物層因其耐腐蝕而呈現出亮白色,因此又叫白亮層,它是由ε相、γ`相和含氮的滲碳體Fe3(C,N)所組成;次層為0.2-0.4mm的擴散層,它主要是由γ`相相和ε相組成。軟氮化處理后可提高工件的疲勞極限、耐磨性、抗咬合性,以及改善耐腐蝕性。

    氧化又稱發黑或發藍,有堿煮發黑和蒸汽發黑等方法,處理后可獲得0.5-5微米的氧化層,主要成分為Fe3O4,對零件尺寸和精度無顯著影響,廣泛用于機械零件、精密儀器、汽缸、彈簧、兵器和日用品的一般防護和裝飾。其膜層耐磨性較好,黝黑發亮,較為美觀,并具有低的摩擦系數,對摩擦副有減磨作用。

    將軟氮化與氧化有機的結合起來,可以使金屬零件獲得顯著的耐腐蝕性提升,并增加表面硬度,提升耐磨、抗咬合等性能,是最為有效的金屬防腐及耐磨的途徑。


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