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木材切削原理与木工刀具(228)一一腐蚀磨损理论!

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    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2019-4-27 09:09:58 | 显示全部楼层 |阅读模式
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    (1)高温氯氧化腐蚀:据资料介绍,刨花板和中密度纤维板燃烧时,会产生较高百分比的氯元素(表108)。刨花板或中密度纤维板施胶过程添加的固化剂(氯化铵)是氯。

    表10-8蒸发冷凝物EDS分析(质量百分比)

    0WSEo44ZSoC.jpg
    ​

    EDS为能量弥散分析缩写。

    元素的主要来源。当氯气或盐酸存在时,在一定温度下,铁和钴能形成挥发性二价和三价氯化物。此外,空气中氧气对反应起着推波助澜的作用。在盐酸和氧气的环境下,铁和钴生成挥发性的物质和水,反应方程式(M代表Fe或Co)如下:

    2nM +mO,= 2MnOm

    M+2HCI= MCL, +H,

    2M+4HCI +0.=2MCL,+2H. 0

    4MCI,+4HCI+0,=4MCl,+2H,0<br><br>

    M,O,+6HCI=2MCl, +3H,0

    4MCl2+302=2M2O3+4Cl2

    4MCl3+302=2M2O3+6Cl2

    在只有盐酸的条件,铁和钻仅生成MCl2,需要氧气才能进一步氧化,生成易挥发性FeCl3或CoCl2。Fe在400℃,Co在650℃时就能发生上述反应。据资料记载,木材切削温度最高可达800℃。在如此高的温度下,刀具切削部分材料中的铁元素或钻元素发生氯氧反应,生成易挥发的氯化物。


    (2)化学腐蚀磨损:木工刀具化学腐蚀的研究始于20世纪30年代末, Kalinin用碳钢刀具切削湿材时,观察到刀具的腐蚀现象。Hlls等曾发现桉树木粉水抽提液对碳钢刀具表面会产生腐蚀,留下深颜色的腐蚀区。为了比较酸对刀具表面的腐蚀效果,研究人员把60%pH值为3的醋酸溶液和0.4%pH值为3的盐酸溶液滴在光滑的碳钢刀具表面上,30min后用酒精去除酸液,发现醋酸对碳钢的腐蚀比盐酸强得多,前者在刀具面上留下0.06m深的蓝色腐蚀区,而后者留下微小的斑痕。在考察多元酚化合物对刀具腐蚀研究过程中,研究发现多元酚化合物对碳钢刀具都有不同程度的腐蚀,含有3个毗邻的酚羟基多元酚化合物的腐蚀性比醋酸还强,单宁和醋酸几乎有相同程度的腐蚀性。研究还发现,木材木粉水抽提液中的多元酚化合物要比配制成的多元酚溶液有更强的腐蚀性。

    有机弱酸和多元酚化合物之所以会腐蚀刀具材料,是因为碳钢刀具材料中的铁元素和硬质合金刀具中的钻元素会被氢离子夺去电子,形成金属离子和氢气,然后,亚铁离子Fe2在空气中进一步氧化变成Fe”,多元酚化合物和Fe”发生整合物。可见,有机弱酸和多元酚化合物对刀具材料的腐蚀是逐步进行的,最后生成金属螯合物覆盖在刀具表面上。对于碳钢刀具而言,铁是基本成分,钴是不可缺少的黏结剂。一旦铁或钻被腐蚀,生成的鳌合物在机械擦伤磨损作用下,很快被磨耗,暴露了刀具材料的新组织。如此循环往复,刀具材料就不断地被磨损。可见,机械擦伤磨损为化学腐蚀创造了条件加快了化学腐蚀的进行,同时,化学腐蚀生成的疏松产物促进机械擦伤磨损的进行。

    (3)电化学腐蚀磨损:在碳钢刀具材料(碳素工具钢、合金工具钢和高速钢)中,铁是基本成分,还含有碳、合金元素及碳化物。在硬质合金(YG类)中,碳化钨是主要成分,钴是黏接剂。当这些材料制成的刀具切削木材时,刀具材料各组分与木材中的水溶液、有机弱酸、多元酚化合物接触,除了会发生化学反应外,还会构成许多微小的原电池,发生电化学反应,形成电化学腐蚀。

    碳钢中的渗碳体、石墨的电极电位都高于铁及合金元素,在木材内酸性溶液作用下,铁及合金元素构成原电池的阳极,遭受腐蚀;而渗碳体作为阴极,不受腐蚀。当含碳量越高时,电极电位差越大,腐蚀就越为严重。硬质合金中的钴和碳化钨存在电位差,钻的电极电位低于碳化钨。当硬质合金刀具接触木材中的电解质时,钴元素作为原电池的阳极,被腐蚀;碳化钨作为原电池的阴极,不受腐蚀。当起黏结作用的钻元素率先被腐蚀时,在机械擦伤作用下,残余物的黏结力不足以抵抗摩擦阻力,碳化钨颗粒就从刀具表面掉下来,促进刀具的磨损。

    60年代, Mckenzie等研究人员在刀具与木材切削试件之间施加电压(100V),刀具接负极,发现刀具磨损降低了。若电压去除,接上电流表,测得刀具与工件之间有电压为0.5mV的电流通过。将60V电压施加在刀具(刀具接负极)和压尺上进行单板旋切试验。试验结果表明旋刀磨损降低了一半。

    在刀具与工件之间施加高电压(1500V)时,若刀具接正极,则切削力(通常刀具磨损越大,切削力也越大)是未加电压的5倍;若刀具接负极,则切削力是未加电压的1/5。以上种种研究表明,电化学腐蚀是木工刀具磨损的重要原因之一。刀具接电源的负极,可以抑制电化学腐蚀;反之,可诱发电化学腐蚀。


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