0 引言

磨损是材料３种失效模式（磨损、腐蚀和断裂）之一。根据报道，大部分设备的损坏及失效有８０％是由于摩擦、磨损造成的。摩擦和磨损能够严重地影响机械设备的可靠性、安全性及寿命。根据近２０年美国、英国、日本、德国４个国家的调查分析指出，由于磨损失效而造成的经济损失是非常巨大的，是各国国民经济总产值的２％。目前，世界上解决构件的磨损失效问题主要采用抗磨技术、减摩技术和修复技术３种途径。３种传统的解决摩擦磨损的技术途径大多数是各自独立的，而且其有效性、可靠性和通用性也受到限制。因此，世界各国都在竞相竭力寻找能够同时具备减摩、抗磨和修复功能的金属磨损自修复材料和技术。金属磨损自修复技术（ＡＲＴ）是集抗磨、减摩和动态自修复功能于一体的一种新的表面工程技术和产品。ＡＲＴ材料的主要成份是以Ｍｇ６Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）８、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ等多种矿物成份粉粒、添加剂和催化剂等组成。实际上，Ｍｇ６Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）８（羟基硅酸盐）是在大自然中由于超碱性岩层水合作用和上亿年的硅酸岩化作用而生成的硅酸岩石层状晶体，在其形成过程中发生了硅酸盐类，如镁原子置换铁原子的反应。ＡＲＴ技术的核心是利用金属摩擦表面的力化学反应条件，将特殊组分的微纳米粉体材料转移到金属表面，并将其改性为类金属陶瓷改性层（也称保护层）。使金属－金属的摩擦，转变为耐磨保护层－耐磨保护层的摩擦，对已经发生磨损的表面

进行动态选择性的修复。

１金属磨损自修复技术的发展

１．１金属磨损自修复的形成机理金属磨损自修复包括原位摩擦化学自修复、摩擦成膜自修复和摩擦自适应修复。其中，原位摩擦化学自修复技术的发展，最初是在研究硼型抗磨剂的作用机理时而逐步发展起来的。该技术的本质是利用物理化学和机械物理作用使添加剂在摩擦副表面渗入新元素，渗入的厚度为微米级或纳米级。通过采用这种方法可以改善金属的组织，实现在线强化，提高金属的强度和硬度［１－２］。ＡＲＴ技术属于原位摩擦化学自修复的一种。当设备正在运转过程中，在摩擦副表面添加带有ＡＲＴ粉体的润滑油或润滑脂。当在摩擦过程中发生磨损区域后，在摩擦切削力和微粒研磨剪切力的共同作用下，就会在磨损区域发生微局部高温，此时在摩擦副表面就会发生力化学和热化学置换反应，最终生成一种类金属陶瓷层。在摩擦过程中产生的热能可以使类金属陶瓷层持续生长，直到恢复到最佳配合间隙为止。图１为ＡＲＴ形成机理示意图。图１ａ中红色圆圈区域是自修复易发生区域，该区域界面凹凸不平，在摩擦的状态下极易产生闪温现象，促使ＡＲＴ保护层形成。图１ｂ为形成ＡＲＴ保护层后的界面形貌示意图，从图中可以发现，保护层在摩擦界面的凹坑处形成，填补摩擦副的缺陷，从而使摩擦副可以正常运行。

图１ＡＲＴ形成机理

摩擦成膜自修复包括铺展成膜自修复、共晶成膜自修复、沉积成膜自修复和选择性转移。其形成原理是通过摩擦产生的各种形式的摩擦作用，使摩擦表面形成保护膜，用来补偿摩擦副磨损，最终形成磨损自修复效应。摩擦自适应的形成是自发的，不可逆的。在工况变化的条件下，摩擦也跟着调整。当摩擦系数和磨损率很低时，表面自修复结构就会呈现出一定条件、一定程度的自修复作用［３］。从理论上讲，金属磨损自修复技术可适用于任何机械设备的摩擦副和承受表面磨损、腐蚀的零部件。该技术对改善传统工程机械和零部件的使用性能及延长其使用寿命产生显著效果。如机械制造、交通运输、冶金矿石、水泥建材和电力机械等所有工业部门中，经受摩擦和磨损的机械和零部件均适用于金属磨损自修复。此外，由于金属磨损自修复技术的特殊性，对航空、航天和国防工业中一些特种机械设备，以及医疗机械、微型计算机等技术装备的高精度性能特殊需求起到良好的作用。

更多内容请点击下载原文金属磨损自修复技术的发展及应用.pdf

7bd7c1ccf64fd6d3084f019f9dd753b5.pdf (228.26 KB)