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      不銹鋼管的磨損性能

      2020-05-23 10:14:05

      人們普遍認為,物體的所有表面在微觀尺度上都是粗糙的,任何兩個固體表面之間的接觸都是局部接觸。過大的局部應力會導致變形和錯位。隨著摩擦時間的增加,在循環應力的作用下,位錯會不斷堆積和切割對方的臺階,最終形成裂紋。磨損是相對運動物體表面物質的逐漸流失。磨損過程主要包括塑性變形的積累、磨損裂紋的形成和裂紋的擴展等過程。

      奧氏體不生銹的鋼管強度和硬度都很低,不適合承受重載荷、對硬度和耐磨性要求很高的設備或部件。特別是在腐蝕、磨損、外載荷等因素同時存在的情況下,相互作用的結果將顯著加速材料的破壞過程,縮短不銹鋼管的使用壽命。據我國有關部門統計,僅在冶金礦山、建材、電力、煤炭、農業機械等五個行業中,因設備316不銹鋼管部件與砂、礦、水泥、煤炭等材料接觸而磨損的金屬材料就高達300多萬噸[34]。磨損除了造成巨大的直接經濟損失外,還會導致設備零部件使用壽命的下降,甚至機械設備事故,造成社會資源的巨大浪費。因此,研究磨損機理和抗磨技術對國民經濟的發展具有重要意義。摩擦損傷與材料的表面性能密切相關,因此合適的表面處理技術是提高不銹鋼管磨損性能的重要方法。目前,許多學者利用離子注入技術來改變不銹鋼管表面的成分和結構,以提高不銹鋼管的耐磨性和耐腐蝕性。研究表明,在不銹鋼管表面離子注入氮、硼、鎢、鈦、鈮、鋁等元素可以顯著提高不銹鋼管的表面硬度,起到耐磨減摩的作用。其中,氮是研究最多的不銹鋼管表面離子注入元素。雷明凱教授等用等離子低能氮離子注入對不銹鋼管進行處理,制備了相當于超級不銹鋼管的工作表面,具有優異的耐磨耐蝕綜合性能,實現了耐磨耐蝕不銹鋼管的復合改性,徹底解決了奧氏體不不銹鋼管耐腐蝕性能優異、耐磨性能差的科技難題。此外,郭軍霞等人使用金屬蒸汽真空電弧離子源將金屬鎢離子注入奧氏體不不銹鋼管。鎢離子注入后,不銹鋼管表面硬度提高了3倍。鎢離子注入能顯著改善奧氏體不生銹鋼管的微動磨損性能[37]。隨著離子注入技術的發展,近年來出現了一種注入和涂覆的復合方法,即離子束輔助沉積(IBAD),也稱為離子束增強沉積(IBED)。李立等人用離子束輔助沉積(IBAD)在醫用不銹鋼管的317L基體上沉積TiN陶瓷膜后,材料的表面結構和性能發生了明顯變化,表面硬度和耐磨性明顯提高,在漢克斯模擬體液[38中表現出較高的耐蝕性。然而,由于離子束的強方向性,覆蓋強化表面所需的時間太長,并且成本太高而不能用于大面積工件加工,從而失去競爭力。

      研究表明,激光表面處理技術可以提高不銹鋼管表面的硬度316L不銹鋼無縫管和耐磨性。張小彬等([39)采用激光熔覆法和鎳基鎳基合金粉末在CrNiMo不銹鋼管表面進行熔覆涂層。以CrSi和Fe2B為增強相的合金層與基體具有良好的結合強度,大大提高了合金層的硬度。然而,經過激光表面處理技術處理后,表面容易產生裂紋,表面粗糙度大大增加,從而導致表面質量下降

      雖然通過表面改性來改善不銹鋼管的摩擦學性能已經取得了很大的進展,但是由于各種處理方法的限制,目前很少在實際中應用。


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