熊天鋮 武漢市第三中學

淺談金屬材料納米化表面的摩擦學行為

熊天鋮 武漢市第三中學

金屬材料是我國重金屬行業(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。納米材料的特性使其能很好的解決金屬材料的摩擦，故而筆者在本文對金屬材料納米化表面的摩擦學行為進行研究。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金屬材料摩擦性，最后提出了應用表面納米化技術(shù)改善金屬耐磨性的措施。

金屬材料 納米化 摩擦學

重金屬行業(yè)，每年因為物體間摩擦造成設(shè)備磨損，損失極大。納米材料具有獨特的功能以及優(yōu)勢，所以諸多學者對金屬材料表面納米化問題進行了研究，并且指出，金屬材料表面納米化可以使設(shè)備擁有更高的力學性能，使設(shè)備耐磨性提升，對經(jīng)濟的發(fā)展也有重要的作用。故而筆者對金屬材料納米化表面的摩擦學行為進行探究，希望可以為相關(guān)學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)在三個方面，分別是表面效應、量子尺寸效應以及宏觀量子隧道效應。具體來說，表面效應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逐漸增加，從而導致粒子表面張力增加，使納米粒子性質(zhì)發(fā)生變化；量子尺寸效應是指納米粒子的尺寸足夠小，小于激子波爾半徑時候，電子能級會變化為分力能級，從而使納米微粒與宏觀材料之間的不同顯露；宏觀量子隧道效應即部分宏觀物理量如磁通量具有貫穿勢壘的能力，這一能力即為隧道效應，在未來的微電子方面，這一效應將會發(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材料的金屬性能。主要表現(xiàn)在兩個方面。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度提升，從而直接提升材料的綜合理學性能；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猶豫摩擦產(chǎn)生大量的磨損?？偠灾?，金屬材料納米化表面，能夠很好的應對金屬之間的摩擦，降低金屬的磨損度。

2 表面納米化對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，主要是因為表面納米化使材料表面的組織與結(jié)構(gòu)就有了較大的改變。具體來說，影響因素有兩種。其一是納米表面的強度以及硬度較強，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發(fā)生較大的磨損。不過也不能認為只要材料進行納米化，那么材料的耐磨性便會提升，還有另一點因素——載荷。載荷較高的時候，粗糙度對于材料的耐磨性影響不大，當載荷度較小時候，材料的耐磨性會增大，所以在考慮表面納米化影響耐磨性的因素時候，必須要重視載荷度。

2.2 表面納米化對金屬材料耐磨性的影響

金屬材料的表面晶粒細化為納米晶之后，會使材料的磨損機理發(fā)生變化，磨損機理變化，則材料的耐磨性會增加，許多學者也對此進行了研究，并進行了對比，例如學者劉陽曾經(jīng)采用超音速微粒轟擊技術(shù)來使材料的表面納米化，不過他在利用這種方式時候，材料發(fā)生了流失并且表面粗糙度有所增加，最后又輔以潤滑油，才使材料的耐磨性降低。

3 應用表面納米化技術(shù)改善金屬耐磨性的措施

3.1 噴丸技術(shù)

噴丸技術(shù)相對來說是一種較為傳統(tǒng)的材料納米化技術(shù)，有學者曾經(jīng)做出實驗，當噴丸時間越長，材料的耐磨性提升度會更大。例如高錳鋼噴丸時間在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%。不過噴丸時間并不是越長越好，如果噴丸時間過長，則會使材料的表面產(chǎn)生微裂紋，從而降低材料的耐磨性。故而在應用噴丸表面納米化技術(shù)時候，一定要控制噴丸時間。

3.2 表面機械研磨處理

近年來，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

本文是對金屬材料納米化表面的摩擦學行為的研究，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，故而本文在文中對該問題進行了分析，并提出了應用中的部分注意點，希望可以拋磚引玉，引起更多的學者對此進行研究分析，從而提升材料耐磨性，為我國重工業(yè)發(fā)展起到一定的作用。

[1]鐘愛文,姚萍屏,肖葉龍,周海濱,貢太敏. 空間摩擦學及其材料的研究進展[J/OL]. 航空材料學報,2017,(02):88-99(2017-08-09).

[2]田紅亮,趙春華,方子帆,朱大林,陳保家,李響. 金屬材料表面靜摩擦學特性的預測研究-理論模型[J]. 振動與沖擊,2013,32(12):40-44+66.

[3]趙坤. 李曙研究員談納米化金屬材料表現(xiàn)出優(yōu)異摩擦學性能的條件[J]. 中國表面工程,2016,(05):49.