不锈钢管的磨损性能

2020-05-23 10:14:05

人们普遍认为，物体的所有表面在微观尺度上都是粗糙的，任何两个固体表面之间的接触都是局部接触。过大的局部应力会导致变形和错位。随着摩擦时间的增加，在循环应力的作用下，位错会不断堆积和切割对方的台阶，最终形成裂纹。磨损是相对运动物体表面物质的逐渐流失。磨损过程主要包括塑性变形的积累、磨损裂纹的形成和裂纹的扩展等过程。

奥氏体不生锈的钢管强度和硬度都很低，不适合承受重载荷、对硬度和耐磨性要求很高的设备或部件。特别是在腐蚀、磨损、外载荷等因素同时存在的情况下，相互作用的结果将显著加速材料的破坏过程，缩短不锈钢管的使用寿命。据我国有关部门统计，仅在冶金矿山、建材、电力、煤炭、农业机械等五个行业中，因设备316不锈钢管部件与砂、矿、水泥、煤炭等材料接触而磨损的金属材料就高达300多万吨[34]。磨损除了造成巨大的直接经济损失外，还会导致设备零部件使用寿命的下降，甚至机械设备事故，造成社会资源的巨大浪费。因此，研究磨损机理和抗磨技术对国民经济的发展具有重要意义。摩擦损伤与材料的表面性能密切相关，因此合适的表面处理技术是提高不锈钢管磨损性能的重要方法。目前，许多学者利用离子注入技术来改变不锈钢管表面的成分和结构，以提高不锈钢管的耐磨性和耐腐蚀性。研究表明，在不锈钢管表面离子注入氮、硼、钨、钛、铌、铝等元素可以显著提高不锈钢管的表面硬度，起到耐磨减摩的作用。其中，氮是研究最多的不锈钢管表面离子注入元素。雷明凯教授等用等离子低能氮离子注入对不锈钢管进行处理，制备了相当于超级不锈钢管的工作表面，具有优异的耐磨耐蚀综合性能，实现了耐磨耐蚀不锈钢管的复合改性，彻底解决了奥氏体不不锈钢管耐腐蚀性能优异、耐磨性能差的科技难题。此外，郭军霞等人使用金属蒸汽真空电弧离子源将金属钨离子注入奥氏体不不锈钢管。钨离子注入后，不锈钢管表面硬度提高了3倍。钨离子注入能显著改善奥氏体不生锈钢管的微动磨损性能[37]。随着离子注入技术的发展，近年来出现了一种注入和涂覆的复合方法，即离子束辅助沉积(IBAD)，也称为离子束增强沉积(IBED)。李立等人用离子束辅助沉积(IBAD)在医用不锈钢管的317L基体上沉积TiN陶瓷膜后，材料的表面结构和性能发生了明显变化，表面硬度和耐磨性明显提高，在汉克斯模拟体液[38中表现出较高的耐蚀性。然而，由于离子束的强方向性，覆盖强化表面所需的时间太长，并且成本太高而不能用于大面积工件加工，从而失去竞争力。

研究表明，激光表面处理技术可以提高不锈钢管表面的硬度316L不锈钢无缝管和耐磨性。张小彬等([39)采用激光熔覆法和镍基镍基合金粉末在CrNiMo不锈钢管表面进行熔覆涂层。以CrSi和Fe2B为增强相的合金层与基体具有良好的结合强度，大大提高了合金层的硬度。然而，经过激光表面处理技术处理后，表面容易产生裂纹，表面粗糙度大大增加，从而导致表面质量下降

虽然通过表面改性来改善不锈钢管的摩擦学性能已经取得了很大的进展，但是由于各种处理方法的限制，目前很少在实际中应用。