黏着磨损失效磨损面形貌特征优化方案

黏着磨损是在高比压下，材料将发生塑性变形产生冷焊现象。如果黏着点结合强度比构成摩擦副的材料强度均低，分离就从接触面分开，这时基体内部变形较小，摩擦面较平滑。发生黏着磨损的很多情况是，黏着点结合强度比组成摩擦副中某一基体强度高，则从部件的表面上撕下金属，并把它转移到另一个部件的表面上。可见这时软金属黏着在相对较硬的金属上。磨损面就会形成下面情况：

较软的金属磨损面会形成凹坑或凹槽，较硬的金属磨损面上就会有黏着的软金属的材料，形成一些长条形、不均匀分布的条痕。

在对摩擦副材料进行分析后，很容易判断出摩擦副中的软金属部件与较硬金属部件。在扫描电镜下进行观察，并利用能谱进行分析，就可以判断出是否发生黏着磨损。

发生黏着磨损的外部条件是：局部应力很高（可以进行计算）已经超过材料的强度发生塑性变形。

从材料角度分析，脆性材料抗黏着能力高，不易发生黏着磨损。互溶性大的材料（相同金属或晶格类型相同、电化学性质相近等）所组成的摩擦副黏着磨损倾向大。反之互溶性小的材料（异种金属或晶格类型不同）所组成的摩擦副黏着磨损倾向小。

在分析磨损面形貌后，经配合这些综合分析后容易判断是否发生黏着磨损。其中黏着磨损最显著的特点是对磨件之间材料发生明显的转移。实际工程中往往根据这个特征，在SEM下利用能谱分析，判断是否为黏着磨损机制。举例说明如下：

【例4-1】　为模拟汽车刹车片磨损情况，采用HT20-40 铸铁材料与粉末冶金材料进行摩擦磨损试验。粉末冶金材料组成见表4-2。

表4-2　粉末冶金材料组成（wt%）

试验在MM-1000 型磨损试验机上进行，试验按照JB 3063—82 标准进行。样品经过一段磨损试验后，判断磨损机理。对磨损样品表面采用SEM 观察形貌，结果见图4-8。(www.xing528.com)

图4-8　HT20-40 铸铁材料表面磨痕的SEM 照片[6]

由图4-8 可见，铸铁样品表面形成“犁沟”与“剥落坑”。同时看到有明显的白块状异物黏结在样品表面，能谱分析表明这些白块成分与粉末冶金材料的成分基本相同。因此判断磨损过程中发生粉末冶金材料黏着到铸铁表面，发生黏着磨损。黏着物硬度高于铸铁材料，成为切削物，使样品表面发生微切削导致出现“犁沟”，而“犁沟”两侧可见白色的条痕，表明在进行微切削时，铸铁表面发生塑性变形，在犁沟两侧由于变形导致凸起。

【例4-2】　在上例中为改善磨损情况，对粉末冶金材料的组成进行改进，采用HT20-40铸铁材料与粉末冶金材料进行摩擦磨损试验。粉末冶金材料组成见表4-3。

表4-3　粉末冶金材料组成（wt%）

在同样条件下进行磨损试验，对磨损样品表面采用SEM 观察形貌，结果见图4-9。

图4-9　HT20-40 铸铁材料表面磨痕的SEM 照片[6]

由图4-9 可见，铸铁样品表面仍形成“犁沟”及有明显的白块状异物黏结在样品表面。但是白块尺寸减小，能谱分析表明这些小白块成分仍与粉末冶金材料的成分基本相同。因此判断改进后磨损过程中，仍发生粉末冶金材料黏着到铸铁表面现象，但是黏着情况减轻，测定磨损量大幅度减少，表明改进的材料提高了磨损性能。