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陶瓷材料的摩擦磨损特性

点击次数:2322 发布时间:2016-03-18

陶瓷材料的摩擦磨损特性(上)

  • 陶瓷磨损机理概述

陶瓷属脆性材料范畴,在接触条件下,承受较低载荷便可能产生微裂纹。在滑动接触时,陶瓷表面断裂的临界载荷比静态下低得多。随着摩擦的反腐进行,在摩擦面上产生连续变迁的高的局部应力,应力在晶界上积累,直至超过固体强度而发生断裂。高的局部应力不仅取决于摩擦过程中对表面产生的法向力及摩擦力,还取决于由于晶体的弹性和热性的各向异性以及陶瓷中多相组织所造成的内应力。

应力集中产生微裂纹,由于多晶陶瓷中晶界的阻挡作用,迫使裂纹无法进一步发展,只能聚集成核而导致微区脆性断裂。裂纹总是从高局部应力的摩擦面向一定深度萌生扩展,陶瓷材料的磨损机制是裂纹聚集成核、扩展并断裂成磨屑的过程的过程。

陶瓷磨损机制主要是断裂机制,断裂机制进一步分为特殊材料和特殊情形。。在硬质颗粒或粗糙表面接触时,磨损是径向裂纹和横向裂纹支配磨损机制,对于多晶体,晶界裂纹造成晶粒断裂。尽管陶瓷材料被认为是脆性材料,但是在高温条件下,它的磨损机制是塑性变形。其它磨损机制是疲劳产生磨损、化学反应诱发磨损和粘着磨损。

以上磨损机制均是在单一条件下的描述。如磨损是在固定载荷、固定速度侠女时间的函数。因为而以这些有限数据为基础解释磨损机制是有局限性的。在一种条件下的磨损机制并不是另一条件下的磨损机制。磨损过程是动力学过程,事实上陶瓷材料去除的过程依赖于一些试验参数如载荷、硬度。弹性模量、热膨胀系数等,另外微观组织或缺陷如晶粒尺寸、气孔、径向裂纹和微观裂纹等。磨损机制随着这些参数的改变而改变。

  • 影响陶瓷材料的摩擦磨损的因素

影响陶瓷摩擦磨损的因素有许多,笼统分有内因与外因两大类,内因有材料本身的特性如韧性、硬度、弹性模量、热膨胀系数等和微观组织或缺陷如晶粒尺寸、气孔、径向裂纹和微观裂纹等;外因有试验参数如表面加工状况、载荷、速度、时间温度、润滑、接触方式等。下面将一些主要影响简述如下:                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

 

  1. 陶瓷材料的表面特性

陶瓷表面的吸附膜影响她们的摩擦行为

  1. 陶瓷表面被一层薄膜所覆盖,即有一层吸附,吸附层性质取决于陶瓷材料的类型。对于非氧化物陶瓷,其吸附层为氧化层;对于氧化物陶瓷,由于其本身就是氧化物结构,故其表面的吸附层大多是由大气中凝聚的水蒸气或碳氢化合物形成的表面物理吸附膜所构成的。

(2)在吸附层下还有一个变形层,这种变形层表现在两个方面:一是陶瓷材料本身在成形过程中,因变形能量及变形大小不均而反映在这个表层上;二是陶瓷材料在研磨加工和抛光时,zui外层产生的应变较大,内层的应变较小,因而存在残余应力,产生变形层,变形层的大小取决于残余应力的大小。当陶瓷摩擦副相对运动时,即两陶瓷表面相互接触时,实际接触面只在微凸体顶部很小的区域上,起初这些小区域发生弹性变形;如果载荷足够大,就会进一步发生塑性变形。表面层的塑性变形除去引起硬度及内应力的变化之外,还会造成各种各样的微观缺陷,如空穴、间隙原子、位错、微裂纹等等。它们都会削弱材料的强度并在以后的磨损过程中成为表面损伤的根源。

 

表面处于完全清洁状态的两陶瓷面接触时,将会发生很强的粘着键和,粘着力大于陶瓷材料的结合力,这时就会发生粘着磨损,这种情况也可以在陶瓷与其它材料接触时发生。黏着力的大小受到陶瓷材料基体性能即表面性能的影响。同时,许多陶瓷又是由晶粒和空隙组成的,其凸起的晶粒先遭到磨损,磨去突起的晶粒后,又有新的晶粒凸起,如此反复循环,即为磨粒磨损。

 

 

 

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