磨損機(jī)制與耐磨性原理

氮化

氮化主要是在金屬表面形成氮化物層（如鋼鐵氮化時(shí)形成的氮化鐵）。這些氮化物具有高硬度和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，其耐磨性主要基于硬質(zhì)點(diǎn)的支撐和阻礙作用。當(dāng)受到摩擦?xí)r，高硬度的氮化物像一個(gè)個(gè)微小的 “硬質(zhì)點(diǎn)”，能夠有效抵抗磨粒的切削和犁削作用。

例如，在一個(gè)氮化處理后的刀具表面，氮化物層能夠防止切屑對刀具表面的刮擦和磨損，因?yàn)榈锏挠捕冗h(yuǎn)高于切屑材料，從而減少了刀具的磨損。

軟氮化

軟氮化形成的是氮化物和碳化物的復(fù)合層。這種復(fù)合層的耐磨性源于氮化物的硬度和碳化物對韌性的改善。碳化物的存在使復(fù)合層在受到摩擦?xí)r，能夠更好地分散應(yīng)力，避免局部應(yīng)力集中導(dǎo)致的材料脫落。

以軟氮化后的模具表面為例，在模具開合過程中，氮碳復(fù)合層能夠承受塑料或金屬材料的摩擦，氮化物提供基本的硬度支撐，碳化物則使復(fù)合層在摩擦過程中有更好的抗變形能力，從而提高耐磨性。

硬度與耐磨性的關(guān)系

氮化

氮化可以獲得較高的硬度，硬度范圍一般在 HV900 - 1200 左右。這種高硬度使得氮化層在抵抗磨損方面表現(xiàn)出色，尤其是在對抗磨粒磨損和粘著磨損時(shí)效果顯著。磨粒磨損是指當(dāng)外界硬顆粒進(jìn)入摩擦界面時(shí)，高硬度的氮化層能夠阻止這些顆粒對基體的切削。粘著磨損是指在摩擦過程中，由于材料的粘著作用而產(chǎn)生的磨損，氮化層的高硬度可以減少材料間的粘著。

例如，在一些高精度的機(jī)械零件表面，氮化后的高硬度能夠有效防止灰塵、金屬屑等雜質(zhì)引起的磨粒磨損，使零件在復(fù)雜的工作環(huán)境中保持良好的表面狀態(tài)。

軟氮化

軟氮化后的硬度稍低，一般在 HV500 - 800 左右。雖然硬度不如氮化處理后的高，但軟氮化層的硬度分布更平緩，從表面到心部的硬度梯度較小。這種硬度分布特點(diǎn)使得軟氮化在抵抗表面疲勞磨損方面具有優(yōu)勢。

當(dāng)零件表面受到周期性的接觸應(yīng)力時(shí)，軟氮化層能夠均勻地承受應(yīng)力，而不會像某些高硬度但梯度大的涂層那樣，因表面與心部的硬度差異過大而容易產(chǎn)生裂紋。例如，在一些齒輪的齒面，軟氮化后的硬度梯度小，能有效抵抗齒面的疲勞磨損，提高齒輪的使用壽命。

實(shí)際應(yīng)用中的耐磨性表現(xiàn)

氮化

在刀具領(lǐng)域，氮化刀具在切削高硬度材料（如淬火鋼）時(shí)，由于其高硬度的氮化層，能夠在較長時(shí)間內(nèi)保持刀刃的鋒利度，減少刀刃的磨損。在一些高精度的機(jī)床導(dǎo)軌氮化后，其耐磨性提高，能夠在導(dǎo)軌滑塊的頻繁滑動(dòng)過程中，減少磨損，保證機(jī)床的加工精度。

軟氮化

在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸軟氮化后，在發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，曲軸與軸瓦之間有相對運(yùn)動(dòng)，軟氮化層能夠抵抗磨損，并且由于其韌性較好，還能承受曲軸在工作過程中的沖擊和振動(dòng)，防止磨損加劇。在塑料模具中，軟氮化后的模具表面在脫模過程中，能夠抵抗塑料對其表面的摩擦，并且多次脫模后，依然能保持較好的表面光潔度，說明其耐磨性良好。