1、用于判別化學吸附和物理吸附的另一個判據是活化能。當產生化學吸附時，需要有一定的活化能。這可能是由于存在一個溫度界限的緣故，低于此界限就不會發生化學吸附?；瘜W反應膜能適用于高速、高溫、重載等“極壓”條件下使用。普通臟污層吸附層氧化層貝氏層嚴重變形層輕度變形層(1)普通臟污層手指的油污或灰塵等；(2)吸附層大氣中的液體或氣體分子吸附膜；(3)氧化層金屬表面與空氣中的氧形成的氧化物層。(4)貝氏層由于機加工中表面熔化和表面分子層的流動而產生的微晶層；(5)變形層由于機加工而形成的變質層。其變形層的強烈程度取決于加工時的變形功和金屬本身的性質。觀測表面形貌和表面輪廓的分辨率方面，目前比較先進的原子力顯

2、微鏡（AFM）和掃描隧道顯微鏡（STM）可以達到原子的尺度。在測量表面輪廓和粗糙度的儀器中，以電子放大的觸針式儀器使用最為普及。 表面粗糙度標準參數輪廓算術平均偏差（Ra），又稱中位線算術平均偏差，定義為一個取樣長度內，表面輪廓線偏離其中位線的絕對值的算術平均值。輪廓均方根偏差（Rq） 統計學認為，Rq能比Ra更好地描述表面輪廓的粗糙度特征。其定義為，在一個取樣長度內，表面輪廓線偏離其中位線的距離的平方的算術平均值的平方根。微觀不平度十點平均高度（Rz） 定義為取樣長度內，5個最大的輪廓峰高的平均值與5個最深的輪廓谷深的平均值之和。輪廓最大高度（Ry）定義為取樣長度內，輪廓峰頂線與輪廓谷底線之

3、間的距離。 名義接觸面積：即接觸表面的宏觀面積，由接觸物體的外部尺寸決定，以An表示輪廓接觸面積：即物體的接觸表面被壓扁部分所形成的面積，以AC表示，其大小與表面承受的載荷有關；一般為名義接觸面積的515。 實際接觸面積：即物體真實接觸面積的總和，圖中小圈內的黑點表示的各接觸點面積的總和，以Ar表示。一般為0.0l0.1。實際接觸面積在摩擦學中具有重要意義。實際接觸面積與所加載荷的關系，Archard(阿查德)認為在彈性接觸的情況下可用下式表示：ArkLm式中:k-接觸系數,與材料彈性性質和假設的表面結構有關； m-依不同的表面接觸模型而異，在塑性接觸狀態下等于1，而在彈性接觸狀態下小于1。表

4、面接觸的形式愈復雜，實際接觸面積與載荷愈接近線性關系。對于理想彈性接觸，實際接觸面積與載荷的2/3次方成正比。這是因為隨著載荷的增加，接觸面積也增大，但增長較載荷的增長為慢1）實際粗糙表面的接觸發生在粗糙微凸體上，具有離散性，微凸體高度呈高斯分布；2）單個球體與球體接觸或球體與平面接觸或理想粗糙表面接觸（彈性接觸條件下），其實際接觸面積均隨載荷的2/3次方變化；但對于實際粗糙表面，由于微凸體高度呈高斯分布，實際接觸面積與載荷成正比（無論彈性接觸或塑性接觸）。3）粗糙表面彈性接觸過程中，接觸點的平均尺寸不隨載荷變化，實際接觸面積主要隨接觸點的數量而增加。綜上所述，實際接觸面積與載荷的關系取決于表

5、面輪廓曲線和接觸狀態當粗糙峰為塑性接觸時，不論高度分布曲線如何，實際接觸面積都與載荷成線性關系而在彈性接觸狀態下，大多數表面的輪廓高度接近于Gauss分布，其實際接觸面積與載荷也具有線性關系古典摩擦定律（阿蒙頓-庫侖定律）：第一定律：摩擦力的大小與接觸面積間的法向載荷成正比 F µ N 或 F N 當法向壓力不大時，對于普通材料，摩擦力與法向載荷成正比，即摩擦系數為常數。實際上，摩擦系數是與材料和環境條件有關的綜合特性系數。 當法向壓力大時，對于某些極硬材料（如鉆石）或軟材料（如聚四氯乙烯）摩擦力與法向載荷不呈線性比例第二定律：摩擦力的大小與接觸物體間名義接觸面積的大小無關。對于有一

6、定屈服點的材料（如金屬）才能成立。對于彈性材料（如橡膠）或粘彈性材料（如某些聚合物），摩擦力與名義接觸面積大小有關。對于很潔凈、很光滑的表面或承受載荷很大時，接觸面間有強烈分子引力，摩擦力和名義接觸面積成正比。第三定律：摩擦力的大小與接觸面間的相對滑動速度無關。對于粘彈性材料都不適用。粘彈性材料的靜摩擦系數不一定大于動摩擦系數第四定律：靜摩擦力大于動摩擦力。 對于很多材料，摩擦系數和滑動速度有關?，F代摩擦理論1、摩擦分類（1）、干摩擦接觸表面無任何潤滑劑，但仍有環境介質，如氣體，水氣其他污物的摩擦（2）、邊界摩擦 這是指在摩擦表面上存在一種具有潤滑性能的邊界膜的摩擦，通常也稱為邊界潤滑。（發動

7、機中的汽缸與活塞環、凸輪與挺桿以及機床導軌、蝸桿傳動中產生的摩擦都屬于這類）。 （3）、流體摩擦這是指相對運動的固體表面完全被潤滑劑隔開的一種摩擦，摩擦主要發生在該潤滑劑所形成的流體膜內部，即它是一種發生在流體內部的內摩擦。因此，通常將這類摩擦稱為流體潤滑。（4）、混合摩擦又可分為半干摩擦和半流體摩擦兩種。前者是指同時存在干摩擦和邊界摩擦的一種混合狀態的摩擦。而后者則是指同時存在邊界摩擦和流體摩擦的一種混合狀態的摩擦。 2、按照摩擦副的運動形式，可以將摩擦分為以下兩大類：（1）.滑動摩擦如在各種滑動軸承和機床導軌以及鉆機中的剎車與氣動離合器中相對滑動表面產生的摩擦。（2）.滾動摩擦 如各種滾動

8、軸承中產生的摩擦。 3、按照摩擦副的運動狀態，還可以將摩擦分為以下兩種類型：（1）、靜摩擦 這是指物體在外力作用下，還不足以克服摩擦表面上產生的切向阻力，因而還沒有產生相對運動的一種摩擦狀態。對于外力剛好能克服摩擦表面上的切向阻力，使物體剛剛產生相對運動的那一瞬間的摩擦狀態，稱為極限靜摩擦。 （2）、動摩擦 這是指物體已經產生相對運動后的一種摩擦狀態。動摩擦系數一般小于靜摩擦系數。這兩個數值如果相差太大，將會使離合器的掛合過程和剎車的制動過程不穩定。對于機床導軌，會產生抖動，即所謂爬行現象，它會嚴重影響到工件的加工精度。 4、按照摩擦副的各種特性，又可將摩擦分為如下兩大類：（1）、減摩摩擦 這

9、類摩擦的作用是通過減小摩擦以減小摩擦損失，從而提高機器的效率和能量利用率。 （2）、增摩摩擦 這類摩擦的作用是通過增加摩擦以實現特定的功能，或達到特定的工作要求(如剎車副增加摩擦以更好地吸收動能)。 5、分子機械理論 這種理論認為：在摩擦過程中有表面凸峰間的機械嚙合和表面分子間的相互吸引，其二相式描述-摩擦表面的物理性質系數（分子吸引力）-摩擦表面的機械性質系數（凸峰的機械嚙合力）6、簡單粘著理論這種理論認為金屬表面接觸時只有少數高峰接觸，接觸區有塑性變形，因而接觸面積逐漸增加，直至載荷平衡。即：7、修正粘著理論（1）剪應力的影響剪應力會產生兩個影響。一個是使表面層受力后變成復合應力狀態另一個

10、是接觸面積增大，使單位面積上壓應力下降（2）由于剪切受力后接觸區產生塑性流動，顯然接觸面積增大故知摩擦系數增加（3）表面膜的影響相對滑動時接觸表面膜被剪斷，8、影響滑動摩擦的因素（1）、材料本身的性質(包括兩種對摩的材料) 對于一般材料，摩擦力隨硬度的增加而減小，因硬金屬的塑性變形的能力減小，其粘著能力也隨之減小。相同金屬或互溶性大的金屬摩擦副易發生粘著，因而其摩擦系數較大。（2）、載荷 古典摩擦理論認為摩擦系數與載荷無關。實際上，載荷對摩擦系數的影響與真實接觸面積的大小有關。 （3）、 滑動速度 古典摩擦理論認為摩擦系數與滑動速度無關，事實上，摩擦系數隨滑動 速度變化的規律非常復雜，目前在這

11、方面還缺乏一致的認識。 滑動速度對摩擦系數的影響，在很大程度上與摩擦表面的溫度密切相關，因后者往往會使表面性質發生變化。 （4）、溫度 摩擦表面和周圍介質的溫度都會對摩擦系數產生十分復雜的影響，而且往往表現為綜合性的影響因素。由于溫度主要是通過改變材料的性質而對摩擦系數產生影響。因此，對于不同類型的材料具有不同的溫度特性。 粘著點的剪切強度隨溫度的升高而下降，所以，摩擦系數也相應減小，但這種減小的趨勢卻會因載荷、材料的硬度或彈性模量的減小而減慢。 材料的硬度會隨著溫度的升高而減小，但硬度下降會增大粘著力，因而使摩擦系數增大。 （5）、表面特性 1)表面幾何特性 表面粗糙度小，表面較光滑，產生摩

12、擦的主要原因是粘著 。真實接觸面積的大小起主要作用。因此，在這個區域內，隨著表面粗糙度的逐漸增大，真實接觸面積逐漸減小，摩擦系數也相應地逐漸減小。對應于中等粗糙度的表面，也就是一般工程實際中的工程表面，其摩擦系數幾乎不受表面粗糙度的影響。表面非常粗糙，摩擦主要起因于表面微凸體的變形和犁削作用，因而摩擦系數隨表面粗糙度的增大而增大。 2)表面膜 表面膜包括水蒸氣、二氧化碳、氯和硫在純凈表面的吸附膜和反應膜，這類膜能使摩擦系數降低。因為膜本身的剪切強度低于基體材料，滑動時剪切阻力小。而且還可以避免或減輕粘著現象，從而使摩擦系數減小。 滑動摩擦系數的確定9、剛性球在彈性體上滑動時的摩擦系數只計算粘著

13、力滑動摩擦系數的確定10、滾動摩擦機理（1）微觀滑移由于兩接觸材料彈性模量不同引起相對表面發生微觀滑移（2）Heathcote滑移（3）彈性滯后（4）塑性變形11、滾動摩擦系數（1）定義：產生滾動時的外力矩M與垂直壓力FN之比（2）定義：前進單位距離所消耗的功與載荷FN之比FN12、影響滾動摩擦的因素（1）、載荷 （2）、表面粗糙度 （3）、硬度第五章 磨損原理（15）1、磨損的定義磨損是由于機械作用和(或)化學反應(包括熱化學、電化學和力化學等反應)，在固體的摩擦表面上產生的一種材料逐漸損耗的現象，這種損耗主要表現為固體表面尺寸和(或)形狀的改變。2、磨損的三個主要特征：（1) 磨損是發生在

14、物體上的一種表面現象。材料內部裂紋引起的材料整體疲勞破壞和斷裂不屬于磨損的范疇；（2) 磨損是發生在物體摩擦表面上的一種現象，其接觸表面必須有相對運動。單純的腐蝕和某些高分子材料表面的老化都是在靜止表面上發生化學反應(包括氧化)的結果，也不屬于磨損的范疇；（3) 磨損必然產生物質損耗(包括材料轉移)，而且它是具有時變特征的漸進的動態過程。因此，不產生材料逐漸損耗的、單純的塑性變形也不屬于磨損的范疇。 3、衡量磨損特性的主要參數是磨損率，通常可采用以下三種磨損率：（1）、線性磨損率： （2）、體積磨損率： （3）、重量磨損率：4、磨損的分類（1）、粘著磨損 (Adhesive wear)；兩潔凈

15、金屬表面相互接觸會形成強的金屬接點；當表面粗糙的兩固體，在法向壓力作用下相互接觸時，一小部分微凸體的頂峰受到很大壓應力，摩擦表面潤滑油膜、吸附膜或其他表面膜就會發生破裂，使接觸峰點產生粘著，隨后在滑動中粘著節點破壞，金屬從表面撕裂下來，形成磨粒。當達到了流動壓力時，就發生塑性變形。提高耐粘著磨損性能的措施 摩擦副的配合采用互溶性小的材料，減小親合力，降低粘結的可能性。 采用潤滑劑和添加劑 潤滑油膜一方面可防止金屬表面直接接觸，另一方面可減小摩擦，成倍提高抗粘著磨損的能力。 采用表面處理 采用表面處理改變摩擦表面金屬組織結構，避免同類金屬表面接觸。 （2）、磨料磨損或磨粒磨損 (Abrasive

16、 wear)；微切削或犁溝機制：磨料磨損是磨粒對金屬表面進行微量切削的過程。（常見于塑性材料）磨料磨損時，作用在質點上的力分為垂直分力和水平分力。垂直分力使硬質點壓入材料表面；水平分力使硬質點與表面之間產生相對位移，硬質點與材料相互作用的結果，使被磨損表面產生犁皺或一次切屑，形成磨損或在表面留下溝槽。犁皺多次變形后產生脫落而形成二次切屑。斷裂機制：提高措施：提高材料的硬度； 進行表面耐磨處理 ；采用防護措施 （3）、疲勞磨損或表面疲勞磨損(Surface fatigue wear)；1最大切應力理論根據赫茲接觸，最大切應力出現在材料接觸表面下一定深度，在外力反復作用一定周次后，材料表面就會產生

17、局部塑性變形和加工硬化。在最大切應力處首先出現裂紋源，并沿著切應力方向發展。當裂紋擴展到表面時或與縱向裂紋相交時，形成磨損剝落2缺陷引發微裂紋 在承受力和相對運動的情況下，材料表面及亞表面不僅有多變的接觸應力而且還有切應力，這些外力反復作用一定周次后，材料表面就會產生局部塑性變形和加工硬化。在某些缺陷及組織不均勻處，由于應力集中，形成裂紋源，并沿著夾雜物走向發展。當裂紋擴展到表面時或與縱向裂紋相交時，形成磨損剝落3、油楔理論4、微觀點蝕磨損理論 與宏觀點蝕相比，微觀點蝕的最大切應力更接近表面，裂紋深度淺。在循環應力下，可以誘發二次裂紋，擴展為宏觀點蝕。提高措施合理選擇潤滑劑 潤滑劑可避免材料表

18、面直接接觸，并均化接觸應力，緩沖沖擊。潤滑劑粘度越高越好，固體潤滑劑比液體潤滑劑好。 進行表面強化處理 采用噴丸、滾壓等強化方法，使材料表面金屬受壓縮產生塑性變形，并產生宏觀壓縮應力，有利于提高抗疲勞磨損的能力。（4）、腐蝕磨損(Corrosive wear)或摩擦化學磨損(Tribo-chemical wear)。第一階段：在摩擦過程中，模具表面與周圍介質發生化學或電化學反應，形成反應物；第二階段：表面反應物在隨后的摩擦過程中被磨掉。反應物被磨掉后，新鮮表面暴露出來，重新與周圍介質發生化學或電化學反應，重復第一階段。（5）、其他。包括侵蝕磨損或沖蝕磨損 (Erosive wear) 和微動磨損(Fretting wear)等。微動磨損機理：發生于兩個作小振幅（幾十到幾百微米）往復滑動的表面之間的微動損傷稱為微動磨損，摩擦表面間的法向壓力使表面上的微凸體粘著。粘合點被小振幅振動剪斷成為磨屑，磨屑接著被氧化。被氧化的磨屑在磨損過程中起著磨粒的作用，使摩擦表面形成麻點或蟲紋形傷疤。這些麻點或傷疤是應力集中的根源，因而也是零件受動載失效的根源。提高措施：設計表面處理及涂層潤滑表面加工硬化材料的選擇 第五