淺談金屬材料納米化表面的摩擦學(xué)行為

熊天鋮 武漢市第三中學(xué)

淺談金屬材料納米化表面的摩擦學(xué)行為

熊天鋮 武漢市第三中學(xué)

金屬材料是我國(guó)重金屬行業(yè)重要的組成部分，而金屬材料之間的摩擦造成大量的資源浪費(fèi)。納米材料的特性使其能很好的解決金屬材料的摩擦，故而筆者在本文對(duì)金屬材料納米化表面的摩擦學(xué)行為進(jìn)行研究。文章首先介紹了納米材料的特性及表面納米化的作用，其次分析了表面納米化對(duì)金屬材料摩擦性，最后提出了應(yīng)用表面納米化技術(shù)改善金屬耐磨性的措施。

金屬材料 納米化 摩擦學(xué)

重金屬行業(yè)，每年因?yàn)槲矬w間摩擦造成設(shè)備磨損，損失極大。納米材料具有獨(dú)特的功能以及優(yōu)勢(shì)，所以諸多學(xué)者對(duì)金屬材料表面納米化問(wèn)題進(jìn)行了研究，并且指出，金屬材料表面納米化可以使設(shè)備擁有更高的力學(xué)性能，使設(shè)備耐磨性提升，對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也有重要的作用。故而筆者對(duì)金屬材料納米化表面的摩擦學(xué)行為進(jìn)行探究，希望可以為相關(guān)學(xué)者的研究提供一定的參考。

1 納米材料的特性及表面納米化的作用

1.1 納米材料的特性

納米材料的特性主要表現(xiàn)在三個(gè)方面，分別是表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng)。具體來(lái)說(shuō)，表面效應(yīng)是指隨著納米粒子尺寸的減小，納米粒子的表面院子與總原子之比會(huì)逐漸增加，從而導(dǎo)致粒子表面張力增加，使納米粒子性質(zhì)發(fā)生變化；量子尺寸效應(yīng)是指納米粒子的尺寸足夠小，小于激子波爾半徑時(shí)候，電子能級(jí)會(huì)變化為分力能級(jí)，從而使納米微粒與宏觀材料之間的不同顯露；宏觀量子隧道效應(yīng)即部分宏觀物理量如磁通量具有貫穿勢(shì)壘的能力，這一能力即為隧道效應(yīng)，在未來(lái)的微電子方面，這一效應(yīng)將會(huì)發(fā)揮極大的作用。

1.2 金屬材料納米化的作用

金屬材料納米化表面能夠提升整個(gè)材料的金屬性能。主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。其一，能夠使材料的表面形成納米層，而納米的特性能使材料表面及強(qiáng)度提升，從而直接提升材料的綜合理學(xué)性能；其二，金屬材料納米化能使材料表面的硬度提升，使金屬材料表面不會(huì)猶豫摩擦產(chǎn)生大量的磨損。總而言之，金屬材料納米化表面，能夠很好的應(yīng)對(duì)金屬之間的摩擦，降低金屬的磨損度。

2 表面納米化對(duì)金屬材料摩擦性分析

2.1 表面納米化影響耐磨性的因素

表面納米化能使材料表面的磨損行為改變，主要是因?yàn)楸砻婕{米化使材料表面的組織與結(jié)構(gòu)就有了較大的改變。具體來(lái)說(shuō)，影響因素有兩種。其一是納米表面的強(qiáng)度以及硬度較強(qiáng)，摩力壓入表層的深入也比較小，所以阻力也小，故而表面納米化材料更不會(huì)發(fā)生較大的磨損。不過(guò)也不能認(rèn)為只要材料進(jìn)行納米化，那么材料的耐磨性便會(huì)提升，還有另一點(diǎn)因素——載荷。載荷較高的時(shí)候，粗糙度對(duì)于材料的耐磨性影響不大，當(dāng)載荷度較小時(shí)候，材料的耐磨性會(huì)增大，所以在考慮表面納米化影響耐磨性的因素時(shí)候，必須要重視載荷度。

2.2 表面納米化對(duì)金屬材料耐磨性的影響

金屬材料的表面晶粒細(xì)化為納米晶之后，會(huì)使材料的磨損機(jī)理發(fā)生變化，磨損機(jī)理變化，則材料的耐磨性會(huì)增加，許多學(xué)者也對(duì)此進(jìn)行了研究，并進(jìn)行了對(duì)比，例如學(xué)者劉陽(yáng)曾經(jīng)采用超音速微粒轟擊技術(shù)來(lái)使材料的表面納米化，不過(guò)他在利用這種方式時(shí)候，材料發(fā)生了流失并且表面粗糙度有所增加，最后又輔以潤(rùn)滑油，才使材料的耐磨性降低。

3 應(yīng)用表面納米化技術(shù)改善金屬耐磨性的措施

3.1 噴丸技術(shù)

噴丸技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)是一種較為傳統(tǒng)的材料納米化技術(shù)，有學(xué)者曾經(jīng)做出實(shí)驗(yàn)，當(dāng)噴丸時(shí)間越長(zhǎng)，材料的耐磨性提升度會(huì)更大。例如高錳鋼噴丸時(shí)間在30分鐘之上的，則其耐磨性比未噴丸的高猛鋼耐磨性高72%，比只噴丸10分鐘的高錳鋼耐磨性高40%。不過(guò)噴丸時(shí)間并不是越長(zhǎng)越好，如果噴丸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)使材料的表面產(chǎn)生微裂紋，從而降低材料的耐磨性。故而在應(yīng)用噴丸表面納米化技術(shù)時(shí)候，一定要控制噴丸時(shí)間。

3.2 表面機(jī)械研磨處理

近年來(lái)，金屬材料表面納米化技術(shù)有了極大的提升，各種金屬材料如銅、鎂、鋼、鐵等金屬材料表面均制備出納米層，使得材料的耐磨性有了極大的提高。而在這些技術(shù)中，表面機(jī)械研磨處理（SMAT）技術(shù)是較為流行的一種技術(shù)，這種技術(shù)能夠使材料的摩擦系數(shù)降低，還能是材料表面的疲勞磨損效應(yīng)減弱，從而提升了材料的穩(wěn)定性，降低了材料的磨損。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文是對(duì)金屬材料納米化表面的摩擦學(xué)行為的研究，由于材料磨損造成的損失極大，而表面納米化能增加材料的硬度，降低材料的磨損度，故而本文在文中對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出了應(yīng)用中的部分注意點(diǎn)，希望可以拋磚引玉，引起更多的學(xué)者對(duì)此進(jìn)行研究分析，從而提升材料耐磨性，為我國(guó)重工業(yè)發(fā)展起到一定的作用。

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