磨損是機(jī)械零件失效的三大原因之一。從作用過程看，磨損和摩擦同時發(fā)生且相互影響。二者盡管不是材料的固有屬性，但與材料的特性及摩擦學(xué)系統(tǒng)有關(guān)。機(jī)械磨損部件在同一摩擦過程中，摩擦磨損與摩擦修復(fù)往往同時存在，摩擦磨損的自適應(yīng)、自修復(fù)是材料學(xué)和摩擦學(xué)設(shè)計的最終目標(biāo)，這既是對提高性能的要求，又是仿生化和環(huán)境友好化的要求。為減少或消除磨損，除進(jìn)行合理的摩擦學(xué)設(shè)計外，可通過3條途徑來實(shí)現(xiàn)：（1）減少或控制造成磨損的條件，如腐蝕、疲勞、磨粒磨損等；（2）提高摩擦副的耐磨性能，如滲氮、滲硼等；（3）通過潤滑油品設(shè)計和有效利用摩擦產(chǎn)生的物理化學(xué)作用形成新的補(bǔ)償修復(fù)層來彌補(bǔ)磨損。該自修復(fù)材料可在鐵基金屬摩擦表面生成耐磨性能極為優(yōu)良的陶瓷層，而對于鐵基表面鍍CrNi及有色金屬的摩擦磨損中，只起到一般的潤滑作用，而無自修復(fù)作用。目前尚未發(fā)現(xiàn)對金屬自修復(fù)材料的作用機(jī)制有詳細(xì)的研究和報道。對它作用機(jī)制的深入探討和應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)一步研究必將極大地推動摩擦學(xué)基礎(chǔ)理論及相關(guān)學(xué)科，比如材料學(xué)和表面工程學(xué)、化學(xué)和潤滑工程學(xué)的發(fā)展。

　　本文作者采用表面修飾的羥基硅酸鎂粉體作為潤滑油添加劑，采用MM-200摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，研究硅酸鹽添加劑在摩擦磨損條件下在金屬表面的成膜過程及其機(jī)制，分析硅酸鹽添加劑在摩擦磨損中的減摩耐磨性能。

　　1，粉體粒徑均小于5 m.將一定比例的硅酸鎂粉體、分散劑、促進(jìn)劑和稀釋劑加入到基礎(chǔ)油中，倒入球磨罐中球磨2h進(jìn)行分散處理。1.2摩擦磨損特性研究摩擦磨損試驗(yàn)是在MM-200摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行的，上下試樣均為45=鋼，熱處理工藝為860°C淬火后450°C保溫4h回火，硬度為HRC 43~45上試樣尺寸為16mmX10mmX10mm固定不動。下試樣尺寸為令45mmX 10mm試驗(yàn)時間均為30h轉(zhuǎn)速為200rmin載荷分別為300600900N，采用間歇式加入潤滑油。，這表明在此條件下材料發(fā)生了輕微的塑性變形，形成均勻磨損。當(dāng)載荷為600N時，表面磨痕密集、較深且貫穿整個表面，呈現(xiàn)明顯的犁削、推擠現(xiàn)象，如（b）所示。當(dāng)載荷達(dá)到900N時，出現(xiàn)了嚴(yán)重的粘著磨損。45鋼在法向力和切向力的聯(lián)合作用下，其間的油膜因受到過高的負(fù)荷而破裂，造成金屬與金屬的直接接觸和塑性變形，從而經(jīng)歷粘著、粘著點(diǎn)在相對滑動條件下剪切撕脫，形成金屬表層脫落。載荷增加，表面發(fā)生的塑性變形增加，同時摩擦表面的溫度升高，硬度降低，使粘著可能性增大，從圖中可以看出，試樣表面存在著密集的劃痕和較深的犁溝以及表面金屬脫落形成的凹坑（圖為含有添加劑油潤滑時下試樣磨損形貌形貌圖。當(dāng)載荷為300N時，試樣表面形貌（（a））與（a）相比變化不大。當(dāng)載荷為600N時，試樣表面大部分區(qū)域存在較為平滑的自修復(fù)保護(hù)膜層，不存在由于粘著磨損所形成的局部片層剝落，在局部區(qū)域存在著斷斷續(xù)續(xù)的劃痕，在劃痕的底部可以看出基體金屬的磨損形貌，如（b）所示。當(dāng)載荷為900N時，試樣表面出現(xiàn)了一層較為明顯的多孔狀自修復(fù)膜層，從表面完全看不到45=鋼金屬基體，如圖自修復(fù)膜層形貌（900N30h）2.3自修復(fù)膜層的成膜機(jī)制摩擦過程中摩擦載荷的增加會導(dǎo)致接觸應(yīng)力增加和較強(qiáng)的摩擦熱產(chǎn)生，溫度升高，磨損材料表面軟化，導(dǎo)致材料的強(qiáng)烈磨損；但另一方面，在摩擦產(chǎn)生較高的接觸應(yīng)力和瞬間高溫條件下，硅酸鹽添加劑受到壓縮、剪切、延伸等機(jī)械作用和化學(xué)作用以及接觸表面的相對運(yùn)動，硅酸鹽微粒受到擠壓發(fā)生嚴(yán)重的變形和碎裂。保護(hù)層的生成速度與摩擦釋放的能量有關(guān)，在300N載荷時，摩擦釋放的能量不足以在金屬磨損表面形成有效的自修復(fù)膜層，羥基硅酸鎂屬11型三八面體層狀含水硅酸鹽，層與層之間以范德華力結(jié)合，結(jié)合力較弱，片層之間易于滑動，硅酸鹽添加劑只起到減摩作用，降低了摩擦因數(shù)。

　　在載荷為600N時，擦能釋放的能量增高，硅酸nmmi鹽可以在磨損表面的犁溝處jggj|gi§|il沿金屬表面鋪展；在摩擦磨損過程中，添加劑向金屬表面發(fā)生轉(zhuǎn)移，在金屬表面的局部區(qū)域形成自修復(fù)保護(hù)膜層，導(dǎo)致了材料表面性質(zhì)的改變，從而影響表層材料耐磨性能，如所示，硅酸鹽添加劑在金屬磨損表面以條帶狀鋪展，在條帶之間的凹下部分為金屬的磨損表面。當(dāng)磨損發(fā)生時，添加劑和摩擦副表面發(fā)生的一系列復(fù)雜的反應(yīng)開始進(jìn)行，保護(hù)膜層同時開始生長，隨著摩擦磨損過程的進(jìn)行，添加劑不斷向摩擦表面轉(zhuǎn)移，直至形成較完整的自修復(fù)保護(hù)膜層，從而將原金屬表面由于摩擦產(chǎn)生的劃痕修復(fù)，如所示；由于有表面自修復(fù)膜的抑制作用，隔離了金屬表面的直接接觸，金屬表面粘著不易發(fā)生，摩擦磨損發(fā)生在自修復(fù)陶瓷膜層之間，而陶瓷結(jié)構(gòu)的自修復(fù)膜層構(gòu)成的配對副則相對不容易發(fā)生粘著作用。自修復(fù)膜層的形成既有抗磨減摩的作用，又有補(bǔ)償磨損的作用。摩擦過程中，利用摩擦產(chǎn)生的機(jī)械摩擦作用、摩擦化學(xué)作用和摩擦電化學(xué)作用，摩擦副與潤滑材料產(chǎn)生能量交換和物質(zhì)交換，從而在摩擦表面上形成正機(jī)械梯度的自修復(fù)保護(hù)膜，以補(bǔ)償摩擦副的磨損與腐蝕，形成磨損自修復(fù)效應(yīng)。為載荷900 N、試驗(yàn)時間30 h后自修復(fù)膜層的表面形貌，為典型的陶瓷材料磨損的特征，表面存在大量的顯微空洞，一種原因是自修復(fù)膜層在表面接觸應(yīng)力的作用下，由于陶瓷材料的脆性而產(chǎn)生疲勞磨損，形成特有的麻點(diǎn)剝落。

　　自于硅酸鹽添加劑，自修（6N30h）復(fù)膜層為氧化物陶瓷材料。

　　3結(jié)論載荷為300N時，硅酸鹽添加劑僅僅降低了摩擦副之間的摩擦因數(shù)，無自修復(fù)膜層形成；在600N、900N時，在摩擦副表面形成了自修復(fù)膜層。

　　自修復(fù)膜層的主要成分來自于硅酸鹽添加劑。

　　保護(hù)層的生成與摩擦釋放的能量有關(guān)，在低載荷時，摩擦釋放的能量不足以在金屬磨損表面形成有效的自修復(fù)膜層；在高載荷時，摩擦能增加，硅酸鹽微粒在接觸應(yīng)力作用下發(fā)生嚴(yán)重的變形和碎裂，在磨損表面的犁溝處沿金屬表面鋪展，將原金屬表面由摩擦產(chǎn)生的劃痕修復(fù)，形成較完整、表面光滑的自修復(fù)保護(hù)膜層。

　　自修復(fù)膜層隔離了金屬表面的直接接觸，金屬表面粘著不易發(fā)生，摩擦磨損發(fā)生在自修復(fù)陶瓷膜層之間，可以有效降低金屬的磨損。