0 引言

磨損是材料３種失效模式（磨損、腐蝕和斷裂）之一。根據(jù)報(bào)道，大部分設(shè)備的損壞及失效有８０％是由于摩擦、磨損造成的。摩擦和磨損能夠嚴(yán)重地影響機(jī)械設(shè)備的可靠性、安全性及壽命。根據(jù)近２０年美國、英國、日本、德國４個(gè)國家的調(diào)查分析指出，由于磨損失效而造成的經(jīng)濟(jì)損失是非常巨大的，是各國國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的２％。目前，世界上解決構(gòu)件的磨損失效問題主要采用抗磨技術(shù)、減摩技術(shù)和修復(fù)技術(shù)３種途徑。３種傳統(tǒng)的解決摩擦磨損的技術(shù)途徑大多數(shù)是各自獨(dú)立的，而且其有效性、可靠性和通用性也受到限制。因此，世界各國都在競相竭力尋找能夠同時(shí)具備減摩、抗磨和修復(fù)功能的金屬磨損自修復(fù)材料和技術(shù)。金屬磨損自修復(fù)技術(shù)（ＡＲＴ）是集抗磨、減摩和動(dòng)態(tài)自修復(fù)功能于一體的一種新的表面工程技術(shù)和產(chǎn)品。ＡＲＴ材料的主要成份是以Ｍｇ６Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）８、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ等多種礦物成份粉粒、添加劑和催化劑等組成。實(shí)際上，Ｍｇ６Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）８（羥基硅酸鹽）是在大自然中由于超堿性巖層水合作用和上億年的硅酸巖化作用而生成的硅酸巖石層狀晶體，在其形成過程中發(fā)生了硅酸鹽類，如鎂原子置換鐵原子的反應(yīng)。ＡＲＴ技術(shù)的核心是利用金屬摩擦表面的力化學(xué)反應(yīng)條件，將特殊組分的微納米粉體材料轉(zhuǎn)移到金屬表面，并將其改性為類金屬陶瓷改性層（也稱保護(hù)層）。使金屬－金屬的摩擦，轉(zhuǎn)變?yōu)槟湍ケＷo(hù)層－耐磨保護(hù)層的摩擦，對(duì)已經(jīng)發(fā)生磨損的表面

進(jìn)行動(dòng)態(tài)選擇性的修復(fù)。

１金屬磨損自修復(fù)技術(shù)的發(fā)展

１．１金屬磨損自修復(fù)的形成機(jī)理金屬磨損自修復(fù)包括原位摩擦化學(xué)自修復(fù)、摩擦成膜自修復(fù)和摩擦自適應(yīng)修復(fù)。其中，原位摩擦化學(xué)自修復(fù)技術(shù)的發(fā)展，最初是在研究硼型抗磨劑的作用機(jī)理時(shí)而逐步發(fā)展起來的。該技術(shù)的本質(zhì)是利用物理化學(xué)和機(jī)械物理作用使添加劑在摩擦副表面滲入新元素，滲入的厚度為微米級(jí)或納米級(jí)。通過采用這種方法可以改善金屬的組織，實(shí)現(xiàn)在線強(qiáng)化，提高金屬的強(qiáng)度和硬度［１－２］。ＡＲＴ技術(shù)屬于原位摩擦化學(xué)自修復(fù)的一種。當(dāng)設(shè)備正在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，在摩擦副表面添加帶有ＡＲＴ粉體的潤滑油或潤滑脂。當(dāng)在摩擦過程中發(fā)生磨損區(qū)域后，在摩擦切削力和微粒研磨剪切力的共同作用下，就會(huì)在磨損區(qū)域發(fā)生微局部高溫，此時(shí)在摩擦副表面就會(huì)發(fā)生力化學(xué)和熱化學(xué)置換反應(yīng)，最終生成一種類金屬陶瓷層。在摩擦過程中產(chǎn)生的熱能可以使類金屬陶瓷層持續(xù)生長，直到恢復(fù)到最佳配合間隙為止。圖１為ＡＲＴ形成機(jī)理示意圖。圖１ａ中紅色圓圈區(qū)域是自修復(fù)易發(fā)生區(qū)域，該區(qū)域界面凹凸不平，在摩擦的狀態(tài)下極易產(chǎn)生閃溫現(xiàn)象，促使ＡＲＴ保護(hù)層形成。圖１ｂ為形成ＡＲＴ保護(hù)層后的界面形貌示意圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，保護(hù)層在摩擦界面的凹坑處形成，填補(bǔ)摩擦副的缺陷，從而使摩擦副可以正常運(yùn)行。

圖１ＡＲＴ形成機(jī)理

摩擦成膜自修復(fù)包括鋪展成膜自修復(fù)、共晶成膜自修復(fù)、沉積成膜自修復(fù)和選擇性轉(zhuǎn)移。其形成原理是通過摩擦產(chǎn)生的各種形式的摩擦作用，使摩擦表面形成保護(hù)膜，用來補(bǔ)償摩擦副磨損，最終形成磨損自修復(fù)效應(yīng)。摩擦自適應(yīng)的形成是自發(fā)的，不可逆的。在工況變化的條件下，摩擦也跟著調(diào)整。當(dāng)摩擦系數(shù)和磨損率很低時(shí)，表面自修復(fù)結(jié)構(gòu)就會(huì)呈現(xiàn)出一定條件、一定程度的自修復(fù)作用［３］。從理論上講，金屬磨損自修復(fù)技術(shù)可適用于任何機(jī)械設(shè)備的摩擦副和承受表面磨損、腐蝕的零部件。該技術(shù)對(duì)改善傳統(tǒng)工程機(jī)械和零部件的使用性能及延長其使用壽命產(chǎn)生顯著效果。如機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、冶金礦石、水泥建材和電力機(jī)械等所有工業(yè)部門中，經(jīng)受摩擦和磨損的機(jī)械和零部件均適用于金屬磨損自修復(fù)。此外，由于金屬磨損自修復(fù)技術(shù)的特殊性，對(duì)航空、航天和國防工業(yè)中一些特種機(jī)械設(shè)備，以及醫(yī)療機(jī)械、微型計(jì)算機(jī)等技術(shù)裝備的高精度性能特殊需求起到良好的作用。

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