材料的摩擦特性优秀PPT.ppt

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1、材料的摩擦特性你现在浏览的是第一页，共49页金属材料的摩擦金属材料的摩擦 材料相容性材料相容性 拉宾诺维奇发现，纯金属组合之间的摩擦系数拉宾诺维奇发现，纯金属组合之间的摩擦系数与摩擦与摩擦对之间的粘着能对之间的粘着能Wab及较软金属的压入硬度及较软金属的压入硬度P之间存在下述之间存在下述关系：关系：c1为一与表面几何特为一与表面几何特性有关的常数。性有关的常数。Wababab Wab的最大值应为的最大值应为(ab)，而最小值是零。，而最小值是零。可以把上式改写成可以把上式改写成 Wabc2(ab)c2是介于是介于 1 与零之间的常数。与零之间的常数。你现在浏览的是第二页，共49页材料相容性材料

2、相容性上上式式表表明明，摩摩擦擦系系数数与与表表面面能能对对软软金金属属硬硬度度的的比比值值有有关关。比比值值越越大大，摩摩擦擦系系数数越越大大；反反之之越越小小。相相容容性性参参数数c2越越大大（趋趋近近1时时）摩摩擦擦系系数数也也越越大大。为为了了了了解解相相容容性性参参数数的的物物理理意意义义，拉拉宾宾诺诺维维奇奇把把二二百百多多对对金金属属组组合合，按按其其二二元元相相图图的的特特征征进进行行了了分分类类。发发现现它它们们有有的的具具有有较较大大互互溶溶度度，有有的的只只有有很很小小互互溶溶度度，而而有有的的完完全全不不互互溶溶。并并且且发发现现金金属属对对之之间间互互溶溶度度大大的的

3、，摩摩擦擦系系数数大大，相相容容性性参参数数c2也也大大。因因此此，他他认认为为相相容容性性参参数数c2是是与与互互溶溶度度有有关关。对对于于同同种种金金属属组组成成的的摩摩擦擦副副，其其相相容容性性参参数数定义为定义为1。你现在浏览的是第三页，共49页金属表层在摩擦过程中的变化金属表层在摩擦过程中的变化 在在力力和和热热的的共共同同作作用用下下，将将使使摩摩擦擦表面发生一系列变化。这些变化主要有：表面发生一系列变化。这些变化主要有：1)表面几何形状的变化；表面几何形状的变化；2)亚亚表表层层晶晶体体缺缺陷陷及及组组织织结结构构的的变化；变化；3)表面化学成分的变化。表面化学成分的变化。你现在

4、浏览的是第四页，共49页1.摩擦表面几何形状的变化摩擦表面几何形状的变化（1）平衡粗糙度）平衡粗糙度摩摩擦擦副副滑滑动动时时，表表面面粗粗糙糙度度不不断断改改变变而而趋趋于于一一个个稳稳定定值值。原原来来粗粗糙糙的的表表面面可可能能变变得得光光滑滑，而而原原来来光光滑滑的的表表面面也也可可能能变变得得粗粗糙糙。同同一一种种材材料料在在相相同同外外部部条条件件下下发发生生摩摩擦擦时时，经经过过几几个个小小时时的的磨磨合合，其其表表面面都都会会达达到到同同样样的的粗粗糙糙度度。人人们们把把在在摩摩擦擦磨磨损损过过程程中中，除除了了摩摩擦擦初初期期外外，在在任任何何后后继继过过程程中中都都会会重重复

5、复出出现现的的固固定定不不变变的的粗粗糙糙度称为度称为“平衡粗糙度平衡粗糙度”。平衡粗糙度可理解为在磨合结束后，摩擦状态不变时在摩平衡粗糙度可理解为在磨合结束后，摩擦状态不变时在摩擦接触面上新形成的粗糙度。而且擦接触面上新形成的粗糙度。而且平衡粗糙度与原始粗糙度无关。平衡粗糙度与原始粗糙度无关。你现在浏览的是第五页，共49页（2）塑性变形）塑性变形 摩擦表面的塑性变形是通过微凸体间的相互作用造成的，其摩擦表面的塑性变形是通过微凸体间的相互作用造成的，其变形特点变形特点:1)摩摩擦擦表表面面的的接接触触先先发发生生在在较较高高的的微微凸凸体体上上，外外力力加加大大，接接触触的的微微凸凸体体数数目

6、目增增多多，且且接接触触的的微微凸凸体体发发生生弹弹塑塑性性变形。各微凸体上变形的程度不一；变形。各微凸体上变形的程度不一；2)摩摩擦擦表表面面的的塑塑性性变变形形是是不不连连续续的的、反反复复发发生生的的。其程度由摩擦工况条件决定；其程度由摩擦工况条件决定；3)摩摩擦擦表表面面的的接接触触状状态态决决定定了了应应力力状状态态的的不不均均匀匀性性，这将导致这将导致巨大的微观应力巨大的微观应力；4)摩摩擦擦表表面面的的近近表表层层(10100nm)，塑塑性性变变形形使使组组织织呈呈强烈的方向性，强烈的方向性，产生表面层织构产生表面层织构；5)摩擦表面晶体缺陷密度大。摩擦表面晶体缺陷密度大。你现在

7、浏览的是第六页，共49页表面层发生的变化表面层发生的变化 摩擦金属表面的摩擦金属表面的塑性变形塑性变形将使该表面层发生一系将使该表面层发生一系列物理和力学性质的变化以及组织结构的变化，如：列物理和力学性质的变化以及组织结构的变化，如：1)使表面产生使表面产生加工硬化加工硬化；2)形成形成变形织构，增大内应力变形织构，增大内应力；3)表表面面晶晶粒粒明明显显细细化化，亚亚晶晶尺尺寸寸减减小小，即即发发生生恢恢复和再结晶，甚至有时在表层形成复和再结晶，甚至有时在表层形成微薄熔化层微薄熔化层；4)由于变形和摩擦温升的共同作用，可使摩擦由于变形和摩擦温升的共同作用，可使摩擦表面表面产生二次淬火和二次回

8、火产生二次淬火和二次回火，并促进表面扩散过程。，并促进表面扩散过程。你现在浏览的是第七页，共49页摩擦表面组织结构的变化摩擦表面组织结构的变化 摩擦过程中，表层中存在的复杂变形以及摩擦产生大量的摩擦过程中，表层中存在的复杂变形以及摩擦产生大量的热，会使表层中组织、结构发生很大变化。这包括热，会使表层中组织、结构发生很大变化。这包括位错位错大量增大量增殖以及与之相连的胞状亚结构形成、表面殖以及与之相连的胞状亚结构形成、表面织构织构形成、表层形成、表层加工硬化以及恢复与再结晶，还有表面层内可能发生相变，加工硬化以及恢复与再结晶，还有表面层内可能发生相变，甚至产生所谓的甚至产生所谓的“白层白层”结构

9、等等。结构等等。（1）摩擦过程中表层相结构的变化）摩擦过程中表层相结构的变化 1)同素异构转变同素异构转变 2)二次淬火二次淬火 表层温度超过表层温度超过Ac1，奥氏体将形成，冷却时，奥氏体转，奥氏体将形成，冷却时，奥氏体转变为更加稳定的相，如马氏体。这种由二次奥氏体转变得变为更加稳定的相，如马氏体。这种由二次奥氏体转变得来的马氏体称为来的马氏体称为摩擦马氏体摩擦马氏体。这种过程。这种过程称为二次淬火称为二次淬火。如如果在冷却时，奥氏体不发生马氏体相变而保持至室温，这种果在冷却时，奥氏体不发生马氏体相变而保持至室温，这种奥氏体称为奥氏体称为摩擦奥氏体摩擦奥氏体。摩擦奥氏体的特点是硬度高于原。摩

10、擦奥氏体的特点是硬度高于原始（残余）奥氏体的硬度。始（残余）奥氏体的硬度。你现在浏览的是第八页，共49页组织结构的变化组织结构的变化3)二次回火二次回火 淬淬火火钢钢在在摩摩擦擦热热的的作作用用下下会会发发生生二二次次回回火火，其其回回火火程程度度取取决决于于摩摩擦擦温温度度和和时时间间等等。快快速速回回火火组组织织具有下述的特征：具有下述的特征：a)马马氏氏体体分分解解后后形形成成的的相相是是具具有有高高弥弥散散性性与高应力状态的亚组织，并且具有高的显微硬度；与高应力状态的亚组织，并且具有高的显微硬度；b)残余奥氏体分解和碳化物质点的聚集受阻；残余奥氏体分解和碳化物质点的聚集受阻；c)原始组

11、织的位向不变。原始组织的位向不变。你现在浏览的是第九页，共49页组织结构的变化组织结构的变化 4)碳化物的溶解与析出碳化物的溶解与析出 KK其中其中铁素体或马氏体；铁素体或马氏体；奥氏体；奥氏体；K弥散碳化物。弥散碳化物。a)固固溶溶体体中中碳碳浓浓度度的的变变化化可可能能使使材材料料局局部部微微区区的的耐耐磨磨性性发生变化；发生变化；b)在摩擦时析出的石墨可起润滑作用。在摩擦时析出的石墨可起润滑作用。5)再结晶再结晶 6)逆变马氏体逆变马氏体 你现在浏览的是第十页，共49页（2）白层）白层 白白层层是是摩摩擦擦表表面面常常见见到到的的一一层层与与基基体体组组织织明明显显不不同同的的组组织织形

12、形态态，它它硬硬度度高高、难难以以腐腐蚀蚀，在在金金相相显显微微镜镜和和扫扫描描电电镜镜下下呈呈白白亮亮色色，故故称称为为“白白层层”或或“白白亮亮层层”。白白层层的的存存在在范范围围十十分分广广泛泛。但但是是白白层层产产生生的的条条件件以以及及它它的的相相组组成成和和性性能能到到目目前前为为止止尚尚不不很很清清楚楚。一一般般认认为为白白层层主主要要是是由由塑塑性性流流动、急冷急热、表面反应三种作用所致动、急冷急热、表面反应三种作用所致。白白层层有有两两种种形形态态，一一种种是是均均匀匀而而不不易易腐腐蚀蚀的的薄薄白白亮亮层层，称称为为均均匀匀白白层层；另另一一种种是是白白亮亮层层与与暗暗带带

13、相相间间的的带带状状白白层层。白白层层厚厚度度都都在在30120m之之间间。均均匀匀白白层层的的显显微微硬硬度度明明显显高于带状白层，白层硬度高达高于带状白层，白层硬度高达Hv1000。你现在浏览的是第十一页，共49页白层白层 一一般般认认为为白白层层是是一一种种复复杂杂的的多多相相高高弥弥散散组组织织，其其中中含含有有奥奥氏氏体体、马马氏氏体体和碳化物。迄今为止对白层提出的各种组织上的推测是：和碳化物。迄今为止对白层提出的各种组织上的推测是：a)马氏体或马氏体为主的组织马氏体或马氏体为主的组织；b)主要是奥氏体主要是奥氏体；c)奥氏体与马氏体共格存在奥氏体与马氏体共格存在；d)由由于于同同外

14、外部部介介质质作作用用，金金属属表表面面被被氧氧、氮氮富富化化，或或润润滑滑剂剂中中存存在有的碳使表面碳化物富集。在有的碳使表面碳化物富集。关关于于白白层层的的摩摩擦擦学学特特性性，许许多多人人认认为为，白白层层的的硬硬度度高高、粗粗糙糙度度低低，它它的的形形成成有有助助于于摩摩擦擦系系数数的的降降低低和和耐耐磨磨性性的的改改善善。也也有有资资料料报报导导，虽虽然然白白层层硬硬度度很很高高，但但对对提提高高耐耐磨磨性性并并不不特特别别有有效效，原原因因是是不不平平衡衡的的白白层组织疲劳抗力很低，经一定循环后，白层将会剥落。层组织疲劳抗力很低，经一定循环后，白层将会剥落。你现在浏览的是第十二页，

15、共49页3.摩擦过程中表层成分的变化摩擦过程中表层成分的变化 表面与介质的相互作用表面与介质的相互作用 Fe2O3与与Fe3O4 膜的摩擦特性膜的摩擦特性最主要的一种是最主要的一种是发生氧化反应，形发生氧化反应，形成氧化物成氧化物。氧化物。氧化物的性质如硬度、薄的性质如硬度、薄厚、膜的成分、与厚、膜的成分、与基体的结合强度等基体的结合强度等强烈影响着摩擦磨强烈影响着摩擦磨损性能。若形成薄损性能。若形成薄而致密的表面膜，而致密的表面膜，且膜与基体的结合且膜与基体的结合牢固时，则摩擦系牢固时，则摩擦系数大大降低。数大大降低。你现在浏览的是第十三页，共49页转移膜转移膜 钢盘表面在与铝销滑动接触前后

16、的俄歇谱钢盘表面在与铝销滑动接触前后的俄歇谱 接触前接触前 一次一次 十次十次 二十二十 你现在浏览的是第十四页，共49页表面偏聚表面偏聚 在摩擦过程中，在摩擦过程中，由于摩擦的热效应以由于摩擦的热效应以及表层形变造成的各及表层形变造成的各种缺陷，使表层附近种缺陷，使表层附近的扩散系数比基体的的扩散系数比基体的要大得多。这些缺陷要大得多。这些缺陷本身在其周围造成的本身在其周围造成的畸变，也易于使某些畸变，也易于使某些溶质原子富集。在摩溶质原子富集。在摩擦过程中将更容易出擦过程中将更容易出现合金元素的表面偏现合金元素的表面偏聚，而且偏聚的浓度聚，而且偏聚的浓度也可能更大些。也可能更大些。Fe-N

17、i(0.18Si)合金与工具钢合金与工具钢 硅将偏聚于表面，并且硅将偏聚于表面，并且形成一个形成一个“玻璃膜玻璃膜”你现在浏览的是第十五页，共49页第二节第二节 非金属材料摩擦非金属材料摩擦 一、脆性固体的摩擦一、脆性固体的摩擦 脆性材料（如岩盐、石英、玻璃和陶瓷等）的性质与金属脆性材料（如岩盐、石英、玻璃和陶瓷等）的性质与金属明显不同，它们被认为是非可延性的，在很小的拉应力下它们明显不同，它们被认为是非可延性的，在很小的拉应力下它们就可能断裂和破碎。实验表明，脆性材料的摩擦，事实上重复就可能断裂和破碎。实验表明，脆性材料的摩擦，事实上重复性很好，重复的程度与金属一样，而且大致符合古典摩擦定律

18、。性很好，重复的程度与金属一样，而且大致符合古典摩擦定律。1.脆性固体的摩擦机理脆性固体的摩擦机理 我们以典型的脆性固体我们以典型的脆性固体岩盐（岩盐（NaCl）为研究对象。）为研究对象。当硬金属球在岩盐上滑过时，表面的损伤表现出两个主要当硬金属球在岩盐上滑过时，表面的损伤表现出两个主要特征：第一是表面有微观碎裂和若干可见裂纹；其次是宏特征：第一是表面有微观碎裂和若干可见裂纹；其次是宏观的摩擦痕迹与其一般的金属或其它延性材料的磨痕相似，观的摩擦痕迹与其一般的金属或其它延性材料的磨痕相似，也就是说表现出明显的塑性变形特征。也就是说表现出明显的塑性变形特征。你现在浏览的是第十六页，共49页脆性固体

19、脆性固体 鲍鲍登登等等人人在在对对岩岩盐盐的的摩摩擦擦机机理理进进行行详详细细研研究究发发现现，金金属属的的粘粘着着摩摩擦擦理理论论基基本本能能适适用用于于解解释释岩岩盐盐的的摩摩擦擦，即即岩岩盐盐在在摩摩擦擦过过程程中中也也存存在在粘粘着着现现象象。但但在在真真空空中中的的实实验验得得到到，对对洁洁净净的的岩岩盐盐来来说说，摩摩擦擦的的增增加加是是很很小小的的，这这说说明明岩岩盐盐没没有有出出现现金金属属那样产生大规模的接点长大现象。那样产生大规模的接点长大现象。通过对岩盐的摩擦研究，并结合其它一些脆性材料的研通过对岩盐的摩擦研究，并结合其它一些脆性材料的研究，究，我们可以得到：我们可以得到

20、：脆性材料在摩擦过程中，尽管表面有脆性材料在摩擦过程中，尽管表面有微小的破碎和裂纹，总的摩擦机理与金属很相似，即产生微小的破碎和裂纹，总的摩擦机理与金属很相似，即产生粘着和塑性变化，然而作为洁净金属特征的大规模的接点粘着和塑性变化，然而作为洁净金属特征的大规模的接点生长，在脆性材料中不会发生。所以，脆性材料洁净表面生长，在脆性材料中不会发生。所以，脆性材料洁净表面的摩擦系数一般不会超过的摩擦系数一般不会超过1.0 的数值。的数值。你现在浏览的是第十七页，共49页玻璃与陶瓷玻璃与陶瓷 玻璃和陶瓷是常用的具有脆性特点的材料。从广泛的意玻璃和陶瓷是常用的具有脆性特点的材料。从广泛的意义来说，可以把玻

21、璃及结构陶瓷认为是很好控制成分和组织义来说，可以把玻璃及结构陶瓷认为是很好控制成分和组织结构的岩石。陶瓷与各种材料的摩擦在工程应用上是非常重结构的岩石。陶瓷与各种材料的摩擦在工程应用上是非常重要的，如在陶瓷的轴承及轴瓦、密封面、滑道、汽车及航天要的，如在陶瓷的轴承及轴瓦、密封面、滑道、汽车及航天器推进系统中的陶瓷元件等的设计上都要考虑摩擦的影响。器推进系统中的陶瓷元件等的设计上都要考虑摩擦的影响。你现在浏览的是第十八页，共49页陶瓷陶瓷陶陶瓷瓷主主要要是是由由离离子子键键和和共共价价键键形形成成的的，它它们们的的相相溶溶性性很很低低，自自配配对对的的摩摩擦擦系系数数比比较较小小。但但环环境境因

22、因素素的的影影响响是是非非常常大大的的。陶陶瓷瓷的的摩摩擦擦有有两两个个基基本本的的状状态态，一一种种是是发发生生严严重重磨磨损损和和表表面面断断裂裂的的情情况况，另另一一种种是是只只有有轻轻微微磨磨损损的的情情况况。对对于于前前者者，滑滑动动摩摩擦擦系系数数可可达达0.50.8，而而后后者者只只有有0.10.3。严严重重磨磨损损时时，摩摩擦擦由由于于不不断断发发生生的的断断裂裂和和产产生生硬硬磨磨屑屑而而增增加加。很很多多陶陶瓷瓷在在干干燥燥情情况况下下都都会会促促进进磨磨损损的的发发生生，因因此此会会使使摩摩擦擦提提高高。在在空空气气中中，随随着着滑滑动动温温度度的的增增加加，表表面面的的

23、水水蒸蒸汽汽要要脱脱附附，这这会会使使摩摩擦擦增增大大。但但随随着着温温度度的的进进一一步步提提高高，由由于于具具有有润润滑滑作作用用的的氧氧化化膜膜达达到到足足够够的的厚厚度度，这这样样又又会会使使摩摩擦擦下下降降。许许多多陶陶瓷瓷在在摩摩擦擦时时发发生生摩摩擦擦化化学学反反应应，能能获获得得非非晶晶态态表表面面层层，它它不不同同于于晶晶体体结结构构的的基基体体，在在适适当当的的条条件件下下可可以以减减摩、耐磨摩、耐磨。你现在浏览的是第十九页，共49页陶瓷材料在摩擦磨损方面的应用陶瓷材料在摩擦磨损方面的应用 与与金金属属材材料料相相比比，陶陶瓷瓷具具有有强强度度重重量量比比高高、刚刚度度弹弹

24、性性模模量量比比大大、高高温温强强度度好好、抗抗腐腐蚀蚀性性强强等等特特点点。有有些些陶陶瓷瓷，如如碳碳化化物物、氮氮化化物物、硼硼化化物物及及耐耐熔熔金金属属的的氧氧化化物物，都都有有很很高高的的熔熔点点，显显示示出出很很好好的的高高温温性性能能。这这类类材材料料主主要要用用于于苛苛刻刻的的工工作作条条件件，如如高高温温、高高压压和和高高滑滑速速等等。陶陶瓷瓷性性脆脆，受拉伸、机械冲击或热冲击时容易破碎。，受拉伸、机械冲击或热冲击时容易破碎。陶瓷在摩擦磨损方面的应用年代较长，早先用在精密陶瓷在摩擦磨损方面的应用年代较长，早先用在精密计时计上，后来用作计时计上，后来用作金属切削刀具、电刷金属切

25、削刀具、电刷等等。近年国防及等等。近年国防及宇航工业提出的宇航工业提出的超高温工作超高温工作条件，要求开发新的陶瓷品种及条件，要求开发新的陶瓷品种及探索表面改性新工艺。上世纪八十年代绝热发动机研制的浪探索表面改性新工艺。上世纪八十年代绝热发动机研制的浪潮也是陶瓷学科迅速发展的一个重要推动因素。潮也是陶瓷学科迅速发展的一个重要推动因素。你现在浏览的是第二十页，共49页二、聚合物的摩擦二、聚合物的摩擦 聚合物一般处在玻璃态、高弹态或粘流态。聚合聚合物一般处在玻璃态、高弹态或粘流态。聚合物的摩擦可分为三种类型：物的摩擦可分为三种类型：(a)玻璃态或晶态的摩擦；玻璃态或晶态的摩擦；(b)橡胶态的摩擦；

26、橡胶态的摩擦；(c)粘流态的摩擦。粘流态的摩擦。你现在浏览的是第二十一页，共49页摩擦机理摩擦机理 聚聚合合物物的的基基本本摩摩擦擦机机理理与与金金属属材材料料是是类类似似的的，也也就就是是说说微微凸凸体体的的粘粘着着及及犁犁划划变变形形是是影影响响聚聚合合物物和和与与之之相相对对材材料料之之间间摩摩擦擦的的主主要要因因素素。但但是是，金金属属的的摩摩擦擦特特性性是是不不同同于于聚聚合合物物的的，原原因因是是金金属属的的摩摩擦擦特特性性属属于于弹弹塑塑性性范范畴畴，而而弹弹性性模模量量和和熔熔点点较较低低的的聚聚合合物物的的摩摩擦擦特特性性属属于于粘粘弹弹性性范范畴畴。因因此此，聚聚合合物物的

27、的摩摩擦擦特特性性对对外外加加载载荷荷、温温度度和和滑滑动动速速度度更更为为敏敏感感。另另外外，当当聚聚合合物物处处在在高高弹弹态态时时，在在摩摩擦擦力力中中增增加加了了一项一项迟滞分量。迟滞分量。你现在浏览的是第二十二页，共49页聚合物的摩擦特征聚合物的摩擦特征聚聚合合物物产产生生粘粘着着的的原原因因与与金金属属是是不不同同的的。一一般般说说，聚聚合合物物粘粘着着的的根根源源在在于于表表面面有有三三种种力力存存在在：一一种种是是静静电电力力；另另一一种种是是范范德德瓦瓦尔尔斯斯力力；如如果果聚聚合合物物中中有有某某种种极极性性原原子子存存在在，那那就就还还有有偶偶极极的的相相互互作作用用（色

28、色散散力力）和和氢氢键键的的作作用用力力。另另外外，由由于于聚聚合合物物一一般般是是热热的的不不良良导导体体，在在滑滑动动过过程程中中，摩摩擦擦表表层层的的温温度度可可升升至至可可观观的的程程度度。所所以以，聚聚合合物物表表层层由由于于摩摩擦擦热热而而熔熔融融的的情情况况很很普普遍遍。在在这这种种状状态态下下，熔熔融融层层的的物物质质很很容容易易发发生生粘粘着着和和转转移移，这这时时的的摩摩擦擦特特性性与与聚聚合合物物的的粘粘流流特特性性有有很很大大关关系系，而而且且摩摩擦擦明明显显取取决决于于速速度度和和温温度度情情况况。通通过过研研究究还还发发现现，在在聚聚合合物物干干摩摩擦擦时时，粘粘着

29、着点点的的增增长长程程度度不不很很明明显显，因因而而简简单单的的粘粘着着理理论论看看来来比比金金属属更更适适合合于于聚聚合合物物。聚聚合合物物的的犁犁沟沟作作用用方方式式一一般般不不是是采采取取塑塑性性变变形形或或弹性变形的方式，而是采取粘弹的方式。弹性变形的方式，而是采取粘弹的方式。你现在浏览的是第二十三页，共49页温度关系温度关系 聚合物的摩擦与温度、载荷及速度等有很大关系，聚合物的摩擦与温度、载荷及速度等有很大关系，甚至加载时间都会对摩擦产生很大影响甚至加载时间都会对摩擦产生很大影响。在弹性聚氨酯与。在弹性聚氨酯与钢的摩擦实验中得到，随着加载时间的增加，聚氨酯的摩擦系钢的摩擦实验中得到，

30、随着加载时间的增加，聚氨酯的摩擦系数明显提高。数明显提高。你现在浏览的是第二十四页，共49页聚四氟乙烯聚四氟乙烯 聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTFE）在工程塑料中占有非常重要的地位，）在工程塑料中占有非常重要的地位，有有“塑料王塑料王”的美称。它的用途相当广泛，从普通机械到有极的美称。它的用途相当广泛，从普通机械到有极端苛刻使用条件的尖端装置上都在使用。端苛刻使用条件的尖端装置上都在使用。聚四氟乙烯的大分子构形。它在温度低于聚四氟乙烯的大分子构形。它在温度低于19时呈三时呈三棱体形，螺旋形大分子中每棱体形，螺旋形大分子中每13个碳原子扭转个碳原子扭转180，其轴向间，其轴向间距为距为1.7nm；

31、在高于；在高于19时呈六面体形，每时呈六面体形，每15个碳原子扭转个碳原子扭转180，轴向间距为，轴向间距为2nm。你现在浏览的是第二十五页，共49页聚四氟乙烯性能聚四氟乙烯性能聚四氟乙烯的分子链结构形式与聚乙烯的完全一样，只是用聚四氟乙烯的分子链结构形式与聚乙烯的完全一样，只是用氟原子置换了氢原子，而正是这一点使它具有一些优异的性能，氟原子置换了氢原子，而正是这一点使它具有一些优异的性能，特别是具有优异的摩擦特性。特别是具有优异的摩擦特性。1)CC 键键与与CF 键键结结合合能能大大，分分子子内内结结合合牢牢固固；分分子子间间结结合合为为范范德德瓦瓦尔尔斯斯力力，结结合合力力弱弱。所所以以，

32、相相比比之之下下，分分子链不易断裂与分解，而大分子易于解脱与滑移。子链不易断裂与分解，而大分子易于解脱与滑移。2)聚四氟乙烯大分子上具有对称的氟原子，电性中和，大聚四氟乙烯大分子上具有对称的氟原子，电性中和，大分子不带极性，因而具有优良的介电性能。分子不带极性，因而具有优良的介电性能。你现在浏览的是第二十六页，共49页聚四氟乙烯特性聚四氟乙烯特性 3)相相邻邻大大分分子子的的氟氟原原子子的的负负电电荷荷有有相相斥斥作作用用，导导致致了极低的内聚力了极低的内聚力。4)由由于于氟氟原原子子体体积积大大，又又相相互互排排斥斥，以以致致整整个个大大分分子子链链不不能能呈呈平平面面锯锯齿齿形形而而呈呈螺

33、螺旋旋形形，并并且且比比较较僵僵硬硬。大大分分子子链链的的这这种种硬硬棒棒状状特特性性，加加上上上上面面所所说说的的分分子子间间引引力力小小，使使得得它它的的熔熔体体粘粘度度极极高高，不不溶溶于于任任何何溶溶剂剂，具有表面不粘性与润滑性等。具有表面不粘性与润滑性等。5)分子链没有支链。通过分子链没有支链。通过X射线衍射的研究指出，射线衍射的研究指出，聚四氟乙烯大分子的外部由分布得相当平滑的电子所包聚四氟乙烯大分子的外部由分布得相当平滑的电子所包围，围，分子呈柱状的分子呈柱状的“流线型流线型”结构，这也使得分子间的相互结构，这也使得分子间的相互作用大大减小。作用大大减小。你现在浏览的是第二十七页

34、，共49页聚四氟乙烯的摩擦聚四氟乙烯的摩擦如果将聚四氟乙烯滑块在光滑和洁净的表面上低速滑如果将聚四氟乙烯滑块在光滑和洁净的表面上低速滑行，起始阶段的摩擦系数相当高，可达行，起始阶段的摩擦系数相当高，可达0.20.3，这时会有，这时会有一些材料团块转移到对摩表面上，这些团块的厚度为一些材料团块转移到对摩表面上，这些团块的厚度为0.10.3 m数量级。一旦继续运动，数量级。一旦继续运动，摩擦系数就急剧下降到摩擦系数就急剧下降到0.08左右左右，而且以薄膜形式转移到对摩件表面上，薄膜的厚度为，而且以薄膜形式转移到对摩件表面上，薄膜的厚度为510nm数量级。这层薄膜在对摩面上紧密贴合，薄膜的大分子数量

35、级。这层薄膜在对摩面上紧密贴合，薄膜的大分子依照运动方向高度定位。初始的粘着一旦被滑块接触区周围的依照运动方向高度定位。初始的粘着一旦被滑块接触区周围的物料克服，材料内部的大分子就很容易被拉出结晶区而按滑动物料克服，材料内部的大分子就很容易被拉出结晶区而按滑动方向定向，这不依赖于它们的结晶度或分子量，似乎主要与分方向定向，这不依赖于它们的结晶度或分子量，似乎主要与分子链的光滑外形有关。子链的光滑外形有关。很多研究指出，很多研究指出，摩擦过程中材料形成转移膜是摩擦过程中材料形成转移膜是PTFE摩擦摩擦的主要特性。的主要特性。你现在浏览的是第二十八页，共49页主要缺点主要缺点 尽尽管管PTFE在在

36、大大约约300以以下下具具有有非非常常低低的的摩摩擦擦系系数数，作为实际轴承材料，它有四个主要缺点：作为实际轴承材料，它有四个主要缺点：1)机械强度不够；机械强度不够；2)热传导性差；热传导性差；3)热膨胀系数高；热膨胀系数高；4)在高速时，在高速时，0.3。若直接用若直接用PTFE作轴承材料，则它一定会发热、膨胀并粘作轴承材料，则它一定会发热、膨胀并粘住。如把它渗在多孔材料的表面上（如烧结铜），这些困难就住。如把它渗在多孔材料的表面上（如烧结铜），这些困难就可以克服。可以克服。你现在浏览的是第二十九页，共49页PTFE高速滑动高速滑动在应用在应用PTFE时必须广泛使用填料，以期获得长的寿命时

37、必须广泛使用填料，以期获得长的寿命和低的摩擦。无添加剂的纯和低的摩擦。无添加剂的纯PTFE无疑将继续被用在能避免无疑将继续被用在能避免摩擦过热的场合摩擦过热的场合。真空条件下使用。真空条件下使用100的的PTFE表面，则会表面，则会发生过度磨损。发生过度磨损。你现在浏览的是第三十页，共49页金刚石金刚石 金刚石是人们所知的最金刚石是人们所知的最硬的材料。它压入和划伤最硬的材料。它压入和划伤最硬的金属及陶瓷时不产生永硬的金属及陶瓷时不产生永久变形。它的屈服压力超过久变形。它的屈服压力超过2000公斤毫米公斤毫米2，它的杨氏，它的杨氏模量约为钢的模量约为钢的4或或5倍。倍。载荷在载荷在570克范围

38、以内，克范围以内，我们可以近似地写成：我们可以近似地写成：可由赫芝理论推出可由赫芝理论推出，这说明是弹性接触。，这说明是弹性接触。你现在浏览的是第三十一页，共49页金刚石的摩擦金刚石的摩擦2)金金刚刚石石表表面面无无论论是是彻彻底底洗洗净净和和清清除除了了油油渍渍的的、或或是是有有矿矿物物油或脂肪酸覆盖的，其摩擦实际上都相同；油或脂肪酸覆盖的，其摩擦实际上都相同；3)载荷减小时，摩擦系数上升；载荷减小时，摩擦系数上升；4)表明摩擦与方向性有明显关系。表明摩擦与方向性有明显关系。金刚石在空气金刚石在空气中的摩擦有以下中的摩擦有以下四种特征：四种特征：1)摩擦系数摩擦系数一般是低的（一般是低的（0

39、.05）；）；金刚石针与金刚石的摩擦金刚石针与金刚石的摩擦 你现在浏览的是第三十二页，共49页高真空高真空 高真空中加热到大约高真空中加热到大约700，许多污染膜清除掉，许多污染膜清除掉，值值明显地上升了。在空气中明显地上升了。在空气中 0.40.6；而在真空中；而在真空中 13。真空中金刚石与清洁金属的摩擦真空中金刚石与清洁金属的摩擦 金刚石不可金刚石不可能发生连接能发生连接点的生长。点的生长。但金属塑性但金属塑性流动，可以流动，可以有大得多的有大得多的接触面积，接触面积，并伴随着高并伴随着高的摩擦系数。的摩擦系数。你现在浏览的是第三十三页，共49页金刚石的高速摩擦金刚石的高速摩擦 高速情况

40、下，由于金属大量地熔化，金刚石上覆高速情况下，由于金属大量地熔化，金刚石上覆盖一层薄的转移金属膜，这样，金属只碰到覆盖在金盖一层薄的转移金属膜，这样，金属只碰到覆盖在金刚石表面上的金属，与金刚石不能接触。然而在某临刚石表面上的金属，与金刚石不能接触。然而在某临界滑动速度以下，摩擦产生的热不足以产生大规模的界滑动速度以下，摩擦产生的热不足以产生大规模的金属熔化。这时在金刚石表面上形成许多热点，热点金属熔化。这时在金刚石表面上形成许多热点，热点的温度由滑动金属的熔点决定。由于的温度由滑动金属的熔点决定。由于高温，金刚石转高温，金刚石转变成无定形碳变成无定形碳，这个过程在，这个过程在1000时是缓慢

41、的，但超时是缓慢的，但超过过1600后就很快了后就很快了。所以金刚石的抛光大部分是由。所以金刚石的抛光大部分是由于一种碳形态的高温改变（石墨化）所致，于一种碳形态的高温改变（石墨化）所致，各种金属各种金属造成金刚石磨损的效果，随着金属熔点的升高而造成金刚石磨损的效果，随着金属熔点的升高而迅速增加。迅速增加。你现在浏览的是第三十四页，共49页金刚石材料的应用金刚石材料的应用 金刚石薄膜技术方面得到了很大发展。人们用金刚石薄膜技术方面得到了很大发展。人们用各种热化学方法在不同基体材料上制造出各种金刚石各种热化学方法在不同基体材料上制造出各种金刚石薄膜，并使成本不断下降，目前已经得到了越来越广薄膜，

42、并使成本不断下降，目前已经得到了越来越广泛的应用。其中有一种叫类金刚石碳膜（泛的应用。其中有一种叫类金刚石碳膜（DLC膜膜）非常有应用前景。这种膜是非常有应用前景。这种膜是金刚石与非晶态碳的金刚石与非晶态碳的混合体混合体，它的表面要比纯金刚石膜的表面更平整、，它的表面要比纯金刚石膜的表面更平整、更光滑，因此摩擦系数也更低。更光滑，因此摩擦系数也更低。DLC膜已经在刀具膜已经在刀具及磁介质（磁盘、磁头）等方面得到了迅速的应用及磁介质（磁盘、磁头）等方面得到了迅速的应用。你现在浏览的是第三十五页，共49页纳米金刚石颗粒纳米金刚石颗粒 1)纳米金刚石在摩擦界面上优异的承载能力；纳米金刚石在摩擦界面上

43、优异的承载能力；2)纳纳米米金金刚刚石石的的小小尺尺寸寸效效应应，对对表表面面抛抛光光，形形成成一一层层金金刚刚石石固固体体边界润滑膜；边界润滑膜；3)纳纳米米金金刚刚石石的的球球形形和和准准球球形形可可在在摩摩擦擦表表面面形形成成滚滚珠珠轴轴承承效效应应，表表现出良好的润滑性，将滑动摩擦变成滚动摩擦；现出良好的润滑性，将滑动摩擦变成滚动摩擦；4)金刚石在摩擦过程中，尤其在黑色金属摩擦副中，向石墨转变，可金刚石在摩擦过程中，尤其在黑色金属摩擦副中，向石墨转变，可提高润滑性。提高润滑性。结结果果表表明明，含含有有纳纳米米金金刚刚石石颗颗粒粒的的润润滑滑油油使使钢钢铁铁材材料料摩摩擦擦副副之之间间

44、的的摩摩擦擦系系数数降降低低约约50%，使使得得动动力力消消耗耗明明显显减减少少。在在发发动动机机的的机机油油内内加加入入纳纳米米金金刚刚石石，加加入入量量0.1wt%，可可以以提提高高发发动动机机的的寿寿命命，油油料料节节约约10%左左右右。对对于于纳纳米米金金刚刚石石减减摩摩耐耐磨磨机机理理研研究究尚尚没没有有明明确确结结果果，主主要要有有如如下下观点：观点：你现在浏览的是第三十六页，共49页冰的摩擦冰的摩擦 冰的摩擦特性是非常重要的，如车辆安全行使、娱乐业冰的摩擦特性是非常重要的，如车辆安全行使、娱乐业（滑冰、滑雪）以及破冰船的工作等都与冰雪的摩擦有关。尽（滑冰、滑雪）以及破冰船的工作等

45、都与冰雪的摩擦有关。尽管冰的分子式很简单管冰的分子式很简单H2O，但它是结构最复杂的固体之，但它是结构最复杂的固体之一。温度的变化对冰的性能有很大影响。一。温度的变化对冰的性能有很大影响。冰粘附在金属上与它粘附在聚合物上看来是很不相同冰粘附在金属上与它粘附在聚合物上看来是很不相同的。当的。当水在干净的金属表面结冰时，界面比冰本身强，裂水在干净的金属表面结冰时，界面比冰本身强，裂缝发生在冰的内部缝发生在冰的内部。金属表面污染的存在明显地使粘附力降。金属表面污染的存在明显地使粘附力降低。对于聚合物材料，在一个宽广的温度范围内，界面力一般低。对于聚合物材料，在一个宽广的温度范围内，界面力一般地小于整

46、块冰内部的内聚力，因而破裂确实发生在界面处。不地小于整块冰内部的内聚力，因而破裂确实发生在界面处。不管是金属还是聚合物，实际粘附都与温度有关。对于聚合物，管是金属还是聚合物，实际粘附都与温度有关。对于聚合物，在在-15到到-30的范围内粘附对温度的相关性似乎是消失的范围内粘附对温度的相关性似乎是消失了。了。你现在浏览的是第三十七页，共49页冰的摩擦冰的摩擦你现在浏览的是第三十八页，共49页冰的摩擦冰的摩擦 不同材料的雪橇在冰上的摩擦随速度的变化不同材料的雪橇在冰上的摩擦随速度的变化 你现在浏览的是第三十九页，共49页冰的摩擦冰的摩擦冰的摩擦可概括为以下几点：冰的摩擦可概括为以下几点：1)在在冰

47、冰点点以以下下，动动摩摩擦擦系系数数有有随随着着温温度度下下降降而上升的趋势；而上升的趋势；2)摩摩擦擦热热及及热热量量在在周周围围的的传传导导情情况况是是控控制制动动摩摩擦的主要机制；擦的主要机制；在冰点下几度内，光滑冰面与不同材料的摩擦在冰点下几度内，光滑冰面与不同材料的摩擦系数一般为系数一般为0.010.05，但表面粗糙度的提高会使，但表面粗糙度的提高会使摩擦增大。摩擦增大。你现在浏览的是第四十页，共49页第三节第三节 层状固体的摩擦层状固体的摩擦 具有片状或层状结构的固体，由于它们有十分明显的各向具有片状或层状结构的固体，由于它们有十分明显的各向异性或方向性的性质，因而具有低的摩擦阻力

48、。这类材料主要异性或方向性的性质，因而具有低的摩擦阻力。这类材料主要有石墨、二硫化钼、滑石、云母及氮化硼等，它们也都是典型有石墨、二硫化钼、滑石、云母及氮化硼等，它们也都是典型的固体润滑材料。的固体润滑材料。一、石墨一、石墨 你现在浏览的是第四十一页，共49页石墨的摩擦石墨的摩擦 你现在浏览的是第四十二页，共49页二硫化钼二硫化钼 温温度度升升到到800以以上上，MoS2发发生生显显著著的的分分解解。这这样样就就剩剩下下了了固固体体钼钼，它它产产生很高的摩擦，生很高的摩擦，二硫化钼在真空中的低二硫化钼在真空中的低摩擦使它特别适宜于太空中摩擦使它特别适宜于太空中的应用。的应用。应用：在制造烧结金

49、属零应用：在制造烧结金属零件时使之含有件时使之含有MoS2。MoS2作为润滑脂和润滑油的作为润滑脂和润滑油的主要耐磨添加剂也取得了主要耐磨添加剂也取得了很好的效果。很好的效果。你现在浏览的是第四十三页，共49页减摩材料减摩材料 各种机器中许多摩擦副要求尽可能小的摩擦阻力，各种机器中许多摩擦副要求尽可能小的摩擦阻力，即尽量低的摩擦系数，以降低摩擦损耗，提高使用效率；即尽量低的摩擦系数，以降低摩擦损耗，提高使用效率；同时还要有较好的耐磨性，以保持机器的使用寿命和可同时还要有较好的耐磨性，以保持机器的使用寿命和可靠性。靠性。对减摩材料的要求对减摩材料的要求 1)减摩性减摩性 2)耐磨性耐磨性 3)好

50、的适应性和对异物的嵌藏性好的适应性和对异物的嵌藏性 4)足够的强度足够的强度 5)良好的物理、化学性能良好的物理、化学性能 6)工艺性好工艺性好 你现在浏览的是第四十四页，共49页常用减摩材料常用减摩材料按按其其构构成成的的物物质质和和制制造造方方法法的的不不同同，减减摩摩材材料料有有以以下下几类：几类：1)轴承合金；轴承合金；2)粉末冶金减摩材料；粉末冶金减摩材料；3)金属塑料减摩材料；金属塑料减摩材料；4)金属纤维减摩材料；金属纤维减摩材料；5)减摩铸铁；减摩铸铁；6)化学渗减摩层；化学渗减摩层；7)非金属减摩材料。非金属减摩材料。你现在浏览的是第四十五页，共49页摩阻材料摩阻材料 摩阻材