机械设备金属材料的磨损失效及防范策略研究

王宏宙

（青岛西海岸新区市场监督管理局，山东 青岛 266500）

在日常的使用过程中，机械设备金属材料发生的磨损是一种常见现象，我们需要对此进行认真分析，并采取相应的有效措施来减少其磨损，进而减少由此而来的经济损失。

1 关于机械设备金属材料磨损的主要危害

所谓机械设备金属材料的磨损是指，在运动过程中机械设备金属材料的各个组成部分由于互相的作用发生摩擦，并导致不断磨损金属材料的表面，使其原本的质量和形态以及尺寸等重要要素发生了改变，进而损害了机械的性能以及材料的耐用度。只要运行的时间较长，机械设备金属材料都会发生磨损，这是必然的自然规律，此外，在日常运行中，机械金属设备往往处于各种不同的环境中，在工作过程中其周围可能会长时间存在各种物质比如细小的固体颗粒，空气中也有水汽或其他化学气体也会腐蚀机械金属设备，时间长了就会损害金属设备。对于机械设备金属材料来说，它的磨损是不可避免的，过多过大的磨损会对机械金属设备的工作效率产生严重的影响，甚至会使机械金属设备发生报废，进而影响到日常生产，也会让经济上出现了大量的损失。由于我国开始工业科技革命的时间较晚，在将西方先进科技引入后，自身的技术发展一直处于世界发达国家之后，在日常的生产工作中就直接体现出了先进技术的差距，相比于先进的工业化国家，我国的机械设备金属材料发生磨损的程度要更高。这一问题也直接阻碍了我国制造业发展水平的提高，也使经济方面出现了较大的损失。

2 金属材料磨损失效的主要类型

2.1 磨粒磨损

所谓磨粒磨损，是指金属材料表面的硬质颗粒或硬质突出物之间发生摩擦，而使金属材料表面出现的一种磨损。按照金属材料摩擦表面承受的不同应力以及冲击力的情况，可以把磨粒磨损分为擦伤式磨损和凿屑式磨损以及碾碎式磨损三种形式。凿屑式磨损是指金属材料能承受较大的应力且有着硬磨粒；碾碎式磨损是指金属材料能承受较大的应力，而磨粒的硬度减少；擦伤磨损是指金属材料表面能承受较小的应力而发生的磨损。其中，如果发生碾碎式磨损，金属材料表面会形成划伤，造成金属材料表面光度降低且会形成沟痕。

2.2 腐蚀磨损

所谓腐蚀磨损，是在相互摩擦的过程中，金属材料表面和周围环境中的介质出现了化学反应或者电化学反应，而让金属表面出现的一种物质损失。一般在特殊情况下才会出现腐蚀磨损，在腐蚀磨损的过程中，金属材料的表面会出现腐蚀，进而会形成磨粒磨道。腐蚀物在腐蚀磨损中会继续带来其他的磨损，造成重叠磨损现象，从而进一步加剧金属材料的磨损程度，导致更为严重的失效。

2.3 黏着磨损

所谓黏着磨损，是指金属材料互相接触的表面在出现摩擦副相对运动过程中，由于固相焊合作用造成接触面出现的一种磨损。黏着磨损会让金属材料出现磨屑，进而影响设备的性能。相对滑动距离和负载以及金属材料本身的硬度等都会导致黏着磨损的发生。其中，相对滑动有着越大的距离，越大的负载，就会出现越严重的黏着磨损度。就金属材料的硬度而言，其有着越高的硬度，就会有越小的黏着磨损度。

2.4 微动磨损

对于机械设备的金属材料来说，相对滑动的金属材料很容易发生磨损，相对固定的金属材料也会出现一些磨损，然而这些是比较轻微的磨损。在相对固定的金属材料和副材料的表面出现摩擦时，受周围环境的影响会出现一些细微的相对运动，这种较小幅度的相对振动会形成一些轻微的磨损，就是一种微动磨损。

2.5 疲劳磨损

所谓疲劳磨损，是指在交变接触压应力的作用下，相互接触的金属材料部件表面由于疲劳而出现的一种物质损失。就摩擦学理论而言，之所以出现疲劳磨损，主要是在周期性负载作用下，金属材料出现了重复变形，这样就会让金属材料表面形成硬化以及塑性变形。金属材料发生疲劳磨损会让其表面出现裂纹，进而影响金属机械部件使其出现严重的损坏以及碎裂等现象。

3 对机械设备金属材料磨损失效的相关分析

3.1 关于磨损的表面

很多因素会导致金属表面发生磨损，比如出现相对运动的金属表面的运动形式（滚动、滑动、冲击以及往复运动），各种金属表面的加工工艺，环境条件（湿度、温度、真空度以及介质性质等）以及工况条件（连续工作或间歇式工作），不同的载荷以及运动的速度，表面材料的类型和机械性能以及化学活泼性还有加工处理方式等。这些因素的相互影响，让金属材料出现磨损的过程十分复杂。摩擦表面由于凹凸不平，金属表面在出现相对运动时，这些凸体就会互相摩擦，进而致使接触表面形成物理损伤，越粗糙的摩擦表面，会出现越严重的磨损。如果金属摩擦面之间进入了一些固体杂质颗粒，在金属面相互运动时这些微粒就会进行刨槽，从而让磨损更为严重。

3.2 关于磨损的亚表面

金属材料表面在出现一定程度的磨损时，一些大小不同的磨痕和腐蚀痕迹以及裂痕会出现在磨损的表面。如果机械设备不断继续运转，就会不断出现磨损现象，通过产生的磨痕固体颗粒或其他物体会直接损害金属的亚表面，这不但会进一步加深磨痕，还会在各种载荷的作用下进一步磨损金属的亚表面。

4 有效防护金属材料磨损失效的相关措施

4.1 使零件表面提高耐磨性

第一进行化学热处理。化学热处理是将一些外来元素渗入进来，进而对零件表面的化学结构进行改变从而使其硬度增加，一般是采用固态扩散来将这个过程完成。然而要完成化学热处理，就要专业人员来操作，有着较长的处理时间和较高的成本。这种方法通常较少使用，只是在对一些特殊的零件进行处理时会使用。第二，强化表面薄膜。表面薄膜强化是通过注入离子和电镀以及气相沉积等方式，形成覆盖膜在零件表面，这层膜有着较高的硬度和较强的抗腐蚀性，从而可以让零件的耐磨性增加。第三，强化表面形变。通过冷挤压和喷丸等机械方法，来增加零件的表面强度和硬度的方法就是表面变形强化。一般而言，这种方法有着较好的效果，且操作比较简单，有着较高的使用频率。第四，强化表面热处理。利用快速加热和高温等方式对零件表面进行热处理，让其出现固态相变，以便让零件的耐磨性和抗疲劳强度增加。该法具有较好的效果，操作也比较简单，使用的频率也比较多。第五，强化表面合金。该方法是指融化在零件表层覆盖的合金材料，而后将其快速冷却，使其形成硬化层，这样就能增加零件的表层耐磨性。

4.2 对耐磨性金属材料及其制造工艺进行合理选择

现今，材料科学得到了迅猛发展，不断出现了各种新型的耐磨性材料，在对设备进行制造时，尤其是制造转动有摩擦零件的设备，要跟上科技发展的步伐，制造零件时选择具有较好耐磨性的材料，进而让零件的磨损有效减少。此外，需要对零件的制造工艺进行改善，以便让零件表面的光滑度增加，使其摩擦系数降低，进而让零件的磨损减少。同时，需要对机械设备的切削工艺、铸造工艺、焊接工艺以及锻造工艺进行有效改进，从而让零件的机械性能和化学性能以及物理性能提高。例如，对锻造工艺进行改进可以让零件的抗电化学腐蚀性能增加。

4.3 做好预防性维修工作

首先，需要建立起机械设备运行的有关档案，需要详细分析金属零部件出现磨损故障的后果及其原因，同时做好相应的信息反馈，需要和分析结果相结合来对金属零部件磨损的相关防护措施进行科学制定。其次，需要划分好机械设备的金属零部件，重点分析其中发生较大磨损的部分，对磨损的情况要进行及时了解，并实施相应的防护措施。最后，对具体的维修方式的选择，需要由机械设备操作人员和相关的专家进行选择，以便让维修工作确保其针对性与有效性。为了确保维修方式更加有效，设备管理部门要将下列文件编好：第一对最有效的维修方式进行选择，并做好维修工作的任务手册；第二对设备的维修方法进行有效分类；第三，对设备维护的逻辑判断程序进行有效构建，以便来维修多种故障问题。

4.4 对机械设备的工作环境进行有效改善

机械设备的工作环境也会对金属材料的磨损带来影响。因而，可以通过对设备的工作环境进行有效改善来对金属材料进行保护。通常而言，如果机械设备的工作状态处于正常工时，要对其运行的环境尽量优化，同时要控制好设备的运转时间，尽量避免超额工作，还要避免超负荷工作，并且尽可能防止设备中进入各种有腐蚀性的杂质，以便让设备的工作环境更加良好。这样不但能让设备中金属材料减少发生磨损的情况，还可以让设备确保正常的使用。

4.5 做好预防性保养工作

首先，需要认真分析环境和质量以及安全等重要因素影响机械设备金属材料出现磨损的原因，同时将相应的反馈做好，对于机械设备金属材料出现的磨损情况，要利用技术上的分析来制定出适合的止损方案，并将相应的预防性保养措施做好。其次，技术人员要划分好机械设备的各个部件，对每个部件特定的金属材料的成分和材质，要进行认真分析，对重要部件出现的磨损情况要进行深入的调查分析以便更好的保养设备。

5 结语

金属材料一旦发生磨损，不但会让企业出现经济上的损失，还会使各项工作的进度受到影响，甚至会导致严重的安全事故的发生。因而，我们必须深入分析和研究金属材料的磨损问题，并通过有效措施来有效解决这一问题，进而让因设备磨损而出现的损失有效降低。