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    不銹鋼管的磨損性能

    作者:www.fireeye100.com 點擊: 日期:2020-06-12 15:44
    通常認為, 所有的物體表面在微觀尺度上都是粗糙的, 任何兩個固體表面的接觸均屬局部接觸, 局部應力過高則會導致形變和位錯。隨著摩擦時間的增加, 在循環應力的作用下, 位錯會不斷堆積并且互相割階, 最終形成裂紋。而磨損則是在相對運動物體的表面上材料的逐步損耗。磨損過程主要包括塑性變形的積累、磨損裂紋的形成以及裂紋的擴展、并和等過程。

    奧氏體不銹鋼管強度、硬度偏低, 不宜用于承受較重負荷及對硬度和耐磨性有較高要求的設備或部件。尤其是在腐蝕、磨損和外載等多種因素同時存在的條件下,相互作用的結果將會顯著加速材料的破壞過程,縮短不銹鋼管的使用壽命。根據我國有關部門的統計,僅在冶金礦山、建材、電力、煤炭與農機等5個行業中,因設備構件與沙土、礦石、水泥、煤炭等物料接觸而導致的磨損所消耗的金屬材料就高達300萬t以上[34]。除了造成巨大的直接經濟損失之外,磨損還將導致設備構件的壽命下降,甚至還會引起機械設備的事故,造成社會資源的巨大浪費。由此可見,磨損機理和抗磨技術的研究對國民經濟的發展有著重大的意義。摩擦損傷與材料的表面性能密切相關,因此適當的表面處理技術是改善不銹鋼管磨損性能的重要方法。目前,許多學者應用離子注入技術來改變不銹鋼管表面的成分和組織,以提高不銹鋼管的耐磨性和耐蝕性。研究表明,不銹鋼管表面離子注入N、B、W、Ti、Nb、Al等元素可以顯著提高不銹鋼管的表面硬度,起到耐磨減摩作用。其中不銹鋼管表面離子注入研究最多的元素為N。雷明凱教授等人對不銹鋼管進行等離子體低能氮離子注入處理,制備出了與超級不銹鋼管相當且具有優異耐磨損腐蝕綜合性能的工作表面,實現了這類不銹鋼管耐磨耐蝕的復合改性,徹底解決了奧氏體不銹鋼管耐腐蝕性能優良、耐磨損性能較差的科技難題。此外,郭軍霞等采用金屬蒸氣真空弧離子源,在奧氏體不銹鋼管上注入金屬W離子,W離子注入后不銹鋼管的表面硬度提高了3倍;W離子注入能夠顯著改善奧氏體不銹鋼管的微動磨損性能[37]。隨著離子注入技術的發展,近幾年又出現了注入加鍍膜的復合方法,即離子束輔助沉積(IBAD),又稱為離子束增強沉積(IBED)。李立等人用離子束輔助沉積(IBAD)方法在醫用不銹鋼管317L基底上沉積TiN陶瓷薄膜后,材料表面結構和性能發生明顯改變,表面硬度和耐磨性有明顯提高,在Hanks模擬體液中顯示出較高的抗腐蝕能力[38]。但是由于離子束有強烈的方向性,覆蓋強化面所需要的時間太長,成本過高,不能用于大面積的工件處理,因而失去競爭力。

    研究表明,利用激光表面處理技術可以提高不銹鋼管表面的硬度和耐磨性,張小彬等[39]應用激光熔覆法,采用鎳基NiCrSiB合金粉末在CrNiMo不銹鋼管表面制作熔覆涂層,以CrSi、Fe2B為增強相的合金層與基體有良好的結合強度,使得合金層的硬度大大提高。但是經激光表面處理技術處理后,表面容易產生裂紋,并且表面粗糙度增大很多,這會降低不銹鋼管基體原有的耐蝕性和疲勞性。此外,利用物理氣相沉積法(PVD)[40-42]和化學氣相沉積法(CVD)均可以在不銹鋼管表面形成硬質膜,但是由于不銹鋼管基體對硬質膜的承載能力差,膜基結合強度較低,從而影響了膜的耐久性。

    不銹鋼管通過表面改性提高摩擦學性能的研究雖已有了很大的進展,但是由于各種處理方法的局限性,目前能實際應用的極少。