0 引言

磨損是材料３種失效模式（磨損、腐蝕和斷裂）之一。根據報道，大部分設備的損壞及失效有８０％是由于摩擦、磨損造成的。摩擦和磨損能夠嚴重地影響機械設備的可靠性、安全性及壽命。根據近２０年美國、英國、日本、德國４個國家的調查分析指出，由于磨損失效而造成的經濟損失是非常巨大的，是各國國民經濟總產值的２％。目前，世界上解決構件的磨損失效問題主要采用抗磨技術、減摩技術和修復技術３種途徑。３種傳統的解決摩擦磨損的技術途徑大多數是各自獨立的，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具備減摩、抗磨和修復功能的金屬磨損自修復材料和技術。金屬磨損自修復技術（ＡＲＴ）是集抗磨、減摩和動態自修復功能于一體的一種新的表面工程技術和產品。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，在其形成過程中發生了硅酸鹽類，如鎂原子置換鐵原子的反應。ＡＲＴ技術的核心是利用金屬摩擦表面的力化學反應條件，將特殊組分的微納米粉體材料轉移到金屬表面，并將其改性為類金屬陶瓷改性層（也稱保護層）。使金屬－金屬的摩擦，轉變為耐磨保護層－耐磨保護層的摩擦，對已經發生磨損的表面

進行動態選擇性的修復。

１金屬磨損自修復技術的發展

１．１金屬磨損自修復的形成機理金屬磨損自修復包括原位摩擦化學自修復、摩擦成膜自修復和摩擦自適應修復。其中，原位摩擦化學自修復技術的發展，最初是在研究硼型抗磨劑的作用機理時而逐步發展起來的。該技術的本質是利用物理化學和機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或納米級。通過采用這種方法可以改善金屬的組織，實現在線強化，提高金屬的強度和硬度［１－２］。ＡＲＴ技術屬于原位摩擦化學自修復的一種。當設備正在運轉過程中，在摩擦副表面添加帶有ＡＲＴ粉體的潤滑油或潤滑脂。當在摩擦過程中發生磨損區域后，在摩擦切削力和微粒研磨剪切力的共同作用下，就會在磨損區域發生微局部高溫，此時在摩擦副表面就會發生力化學和熱化學置換反應，最終生成一種類金屬陶瓷層。在摩擦過程中產生的熱能可以使類金屬陶瓷層持續生長，直到恢復到最佳配合間隙為止。圖１為ＡＲＴ形成機理示意圖。圖１ａ中紅色圓圈區域是自修復易發生區域，該區域界面凹凸不平，在摩擦的狀態下極易產生閃溫現象，促使ＡＲＴ保護層形成。圖１ｂ為形成ＡＲＴ保護層后的界面形貌示意圖，從圖中可以發現，保護層在摩擦界面的凹坑處形成，填補摩擦副的缺陷，從而使摩擦副可以正常運行。

圖１ＡＲＴ形成機理

摩擦成膜自修復包括鋪展成膜自修復、共晶成膜自修復、沉積成膜自修復和選擇性轉移。其形成原理是通過摩擦產生的各種形式的摩擦作用，使摩擦表面形成保護膜，用來補償摩擦副磨損，最終形成磨損自修復效應。摩擦自適應的形成是自發的，不可逆的。在工況變化的條件下，摩擦也跟著調整。當摩擦系數和磨損率很低時，表面自修復結構就會呈現出一定條件、一定程度的自修復作用［３］。從理論上講，金屬磨損自修復技術可適用于任何機械設備的摩擦副和承受表面磨損、腐蝕的零部件。該技術對改善傳統工程機械和零部件的使用性能及延長其使用壽命產生顯著效果。如機械制造、交通運輸、冶金礦石、水泥建材和電力機械等所有工業部門中，經受摩擦和磨損的機械和零部件均適用于金屬磨損自修復。此外，由于金屬磨損自修復技術的特殊性，對航空、航天和國防工業中一些特種機械設備，以及醫療機械、微型計算機等技術裝備的高精度性能特殊需求起到良好的作用。

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