什麼是黏著磨耗

金屬在真實接觸點結合,滑動剪斷黏著部時,材料轉移到對方或剝離的磨耗。是咬死的原因。

日文名稱: 凝着摩耗

「黏著磨耗」出現在1領域的1道練習題中(表面處理與磨潤學等)。

這個名詞所屬的領域: 表面處理與磨潤學

發生的方式

金屬表面在真實接觸點被強力壓合時,表面的氧化膜或吸附膜破裂,新鮮的金屬互相接觸,形成以原子鍵結的黏著部。持續滑動時這個黏著部被剪斷,但若黏著部比母材強,就不是在界面,而是在較弱金屬的內部被扯斷,碎片轉移到對偶面上。轉移的碎片反覆被摩擦而變大,最後剝離成為磨耗碎屑。Archard方程式中的磨耗係數,在無潤滑的同種金屬之間約為10⁻⁴〜10⁻²,比有氧化膜保護的輕微磨耗大好幾個數量級。

輕微磨耗與嚴重磨耗

在鋼與鋼的乾滑動中,提高荷重或滑動速度時,會有磨耗量增加好幾個數量級的分界。在分界以下,表面形成的氧化膜防止金屬之間的接觸,成為產生細小氧化物磨耗碎屑的溫和的輕微磨耗。超過分界後,摩擦熱與大的接觸壓力使氧化膜無法維持,金屬之間的黏著擴大,成為產生大塊金屬磨耗碎屑的嚴重磨耗。嚴重磨耗的表面粗糙,附著帶有金屬光澤的轉移物。再進一步,黏著部擴大而與對偶面結為一體,無法動彈,即為咬死。

材料組合的影響

黏著容易發生在相同金屬之間,或彼此容易固溶的金屬之間,在彼此不易固溶的組合中則較不易發生。不鏽鋼、鈦合金、鋁合金容易黏著,鎖緊螺絲時可能卡死而無法轉動。一般認為,這是因為表面的薄保護膜一旦被磨破,活性的金屬面就立即露出。在真空中氧化膜不會再生,清淨的金屬之間即使在常溫也可能接合,這在太空使用的機構中是大問題。軸承中以銅合金或以錫為主的合金作為鋼的對偶材,也是選擇不易黏著的組合。

防止方法與評估

防止黏著磨耗的基本,是不讓金屬直接接觸。除了以潤滑油隔開表面,也使用形成易滑吸附膜的油性劑,以及在高面壓下與金屬表面反應、形成硫化物或磷化物膜的極壓添加劑。在材料方面,有氮化處理、硬質膜被覆、DLC(類鑽碳)等使表面不易黏著的方法。評估時,除了以銷盤式試驗量測磨耗量與摩擦係數,也使用逐段提高荷重、求出發生咬死之荷重的試驗。

練習黏著磨耗的題目

下列磨耗機制的說明中,屬於黏著磨耗的是何者?

  1. A硬粒子或對偶面的硬突起刮削較軟的表面而將其切除
  2. B滾動接觸等反覆施加的接觸應力在表面下方產生裂縫,表層成為小片而剝落
  3. C金屬在真實接觸點強力結合,滑動剪斷黏著部時,一方的材料轉移到對方或剝離而成為磨耗碎屑
查看答案與解析

正確答案:C. 金屬在真實接觸點強力結合,滑動剪斷黏著部時,一方的材料轉移到對方或剝離而成為磨耗碎屑

黏著磨耗是表面原子在真實接觸點結合(微小的熔接),滑動剪斷黏著部時,材料從較弱的一側被扯下並轉移到對偶面,最後剝離成為磨耗碎屑的磨耗。在清淨的同種金屬之間特別嚴重,嚴重時會導致咬死。選擇彼此不易固溶的金屬組合,或使用潤滑劑、氧化膜,可減少黏著。硬粒子或突起切削表面是磨粒磨耗;反覆接觸應力使裂縫從表面下方擴展而剝落,是軸承與齒輪中發生的疲勞磨耗(點蝕或剝離)。在實際的磨耗中,這些機制常同時作用。

常見問題

擦傷(galling)與咬死是同樣的東西嗎?

兩者都由黏著引起,但擦傷多指滑動面發生黏著與轉移、表面像被撕扯般變粗糙的損傷;咬死則多指黏著擴大、摩擦與發熱急遽增加,與對偶面固著而無法動彈的狀態。擦傷惡化就會導致咬死。

為什麼不宜讓相同的金屬互相摩擦?

因為晶體結構與原子的鍵結方式相同,容易在真實接觸點形成強的黏著部。因此相互滑動的零件,會組合不同種類的材料,或對其中一方施加表面處理或被覆。

黏著磨耗與磨粒磨耗如何由磨耗面區分?

黏著磨耗的表面像被撕扯般粗糙,可見對偶材料轉移的痕跡。磨粒磨耗則有平行於滑動方向的細溝與刮痕排列。實際上兩者常同時發生,因此也要一併調查磨耗碎屑的形狀與成分。

解析中的「黏著磨耗」

出現「黏著磨耗」的題目(1題)

  1. 下列磨耗機制的說明中,屬於黏著磨耗的是何者?

相關名詞

磨粒磨耗 真實接觸面積 氮化處理 無電鍍鎳 滲碳 Archard磨耗方程式 Stribeck曲線

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