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1、材料的摩擦第1页，此课件共44页哦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对之间与摩擦对之间的粘着能的粘着能Wab及较软金属的压入硬度及较软金属的压入硬度P之间存在下述关系：之间存在下述关系：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 一般一般a与与b大多可以从文献查出，而大多可以从文献查出，而ab的试验值却很少。的试验值却很少。Wab的的最大值应为最大值应为(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
2、介于 1 与零之间的常数。与零之间的常数。第2页，此课件共44页哦材料相容性材料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。相相容容性性参参数数c2是是与与互互溶溶度度有有关。对于同种金属组成的摩擦副，其相容性参数定义为关。对于同种金属组成的摩擦副，其相容性参数定义为1。第3页，此课件共44页哦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
3、摩摩擦擦表表面面发发生生一一系系列列变化。这些变化主要有：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)亚表层晶体缺陷及组织结构的变化；亚表层晶体缺陷及组织结构的变化；3)表面化学成分的变化。表面化学成分的变化。第4页，此课件共44页哦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）平衡粗糙度摩擦副滑动时，表面粗糙度不断改变而趋于一个摩擦副滑动时，表面粗糙度不断改变而趋于一个稳定值。原来粗糙的表面可能变得光滑，而原来光滑稳定值。原来粗糙的表面可能变得光滑，而原来光滑的表面也可能变得粗糙。同一种材料在相同外部条件的表面也可能变得粗糙。同一种材料在相同外部
4、条件下发生摩擦时，经过几个小时的磨合，其表面都会达下发生摩擦时，经过几个小时的磨合，其表面都会达到同样的粗糙度。人们把到同样的粗糙度。人们把在摩擦磨损过程中，除了摩擦在摩擦磨损过程中，除了摩擦初期外，在任何后继过程中都会重复出现的固定不变的初期外，在任何后继过程中都会重复出现的固定不变的粗糙度称为粗糙度称为“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。而且变时在摩擦接触面上新形成的粗糙度。而且平衡粗糙平衡粗糙度与原始粗糙度无关。度与原始粗糙度无关。第5页，此课件共44页哦（2）塑性变形）塑性变形
5、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: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增多，且接触的微凸体发生弹塑性变形。各微凸体上变形的程度不一；目增多，且接触的微凸体发生弹塑性变形。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。其其程程度度由由摩摩擦擦工工况况条条件件决决定；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，
6、这这将将导导致致巨巨大大的的微微观应力观应力；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强烈烈的的方方向向性性，产产生表面层织构生表面层织构；5)摩擦表面晶体缺陷密度大。摩擦表面晶体缺陷密度大。如在相同变形量条件下，摩擦表面位错密度比如在相同变形量条件下，摩擦表面位错密度比一般变形高一、二个数量级。空位密度比一般金属表面多一般变形高一、二个数量级。空位密度比一般金属表面多2500倍。倍。第6页，此课件共44页哦2.晶体缺陷及组织结构发生的变化晶体缺陷及组织结构发生的变化 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
7、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复和和再再结晶，甚至有时在表层形成结晶，甚至有时在表层形成微薄熔化层微薄熔化层；4)由由于于变变形形和和摩摩擦擦温温升升的的共共同同作作用用，可可使使摩摩擦擦表表面面产产生生二二次次淬火和二次回火淬火和二次回火，并促进表面扩散过程。，并促进表面扩散过程。第7页，此课件共44页哦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（1）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 最最主主要要的的一一种种是是发发生生氧氧化化反反应应，形形成成氧氧
8、化化物物。氧氧化化物物的的性性质质强强烈烈影影响响着着摩摩擦擦磨磨损损性性能能。若若形形成成薄薄而而致致密密的的表表面面膜膜（小小于于几几个个nm），且且膜膜与与基基体体的的结结合合牢牢固固时时，则则摩摩擦擦系系数大大降低。数大大降低。第8页，此课件共44页哦（2）转移膜）转移膜 钢盘表面在与铝销滑动接触前后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 第9页，此课件共44页哦（3）表面偏聚）表面偏聚 在在摩摩擦擦过过程程中中，由由于于摩摩擦擦的的热热效效应应以以及及表表层层形形变变造造成成的的各各种种缺缺陷陷，使使表表层层附附近近的的扩扩散散系系数
9、数比比基基体体的的要要大大得得多多。这这些些缺缺陷陷本本身身在在其其周周围围造造成成的的畸畸变变，也也易易于于使使某某些些溶溶质质原原子子富富集集。在在摩摩擦擦过过程程中中将将更更容容易易出出现现合合金金元素的表面偏聚，而且偏聚的浓度也可能更大些。元素的表面偏聚，而且偏聚的浓度也可能更大些。第10页，此课件共44页哦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 脆脆性性材材料料（如如岩岩盐盐、石石英英、玻玻璃璃和和陶陶瓷瓷等等）的的性性质质与与金金属属明明显显不不同同，它它们们被被认认为为是是非非可可延延性性的的，在在很很小小的的拉拉应应力力下下它它们们就就可可能能断断裂
10、裂和和破破碎碎。实验表明，脆性材料的摩擦，与金属一样，也大致符合古典摩擦定律。实验表明，脆性材料的摩擦，与金属一样，也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 以以典典型型的的脆脆性性固固体体岩岩盐盐（NaCl）为为研研究究对对象象。当当硬硬金金属属球球在在岩岩盐盐上上滑滑过过时时，表表面面的的损损伤伤表表现现出出两两个个主主要要特特征征：第第一一是是表表面面有有微微观观碎碎裂裂和和若若干干可可见见裂裂纹纹；其其次次是是宏宏观观的的摩摩擦擦痕痕迹迹与与其其一一般般的的金金属属或或其其它它延延性性材材料的磨痕相似料的磨痕相似，也就是说表现出明显的，也就是说表现出明显的塑性变
11、形特征塑性变形特征。第11页，此课件共44页哦脆性固体脆性固体通过对岩盐的摩擦研究，并结合其它一些脆性材料的研究，通过对岩盐的摩擦研究，并结合其它一些脆性材料的研究，可以得到：可以得到：脆性材料在摩擦过程中，尽管表面有微小的破碎和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，即产生粘着和塑性变化，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生长，在脆性材料中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，脆性材料洁净表面的摩擦系数一般不会超不会发生。所以，脆性材料洁净表面的摩擦系数一般不会超过过1.0
12、 的数值。的数值。第12页，此课件共44页哦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，可以把玻璃及结构陶瓷认为是很好控制成分和意义来说，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。组织结构的岩石。第13页，此课件共44页哦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
13、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
14、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，在适当的条件下可以减摩、耐磨在适当的条件下可以减摩、耐磨。第14页，此课件共44页哦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
15、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，受受拉拉伸、机械冲击或热冲击时容易破碎。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，早先用在精密计时计上，后来用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，后来用作作金属切削刀具、电刷金属切削刀具、电刷等等。近年国防及宇航工业提出的等等。近年国防及宇航工业提出的超高温工作超高温工作条条件，要求开发新的陶瓷品种及探
16、索表面改性新工艺。件，要求开发新的陶瓷品种及探索表面改性新工艺。第15页，此课件共44页哦二、聚合物的摩擦二、聚合物的摩擦 聚聚合合物物一一般般处处在在玻玻璃璃态态、高高弹弹态态或或粘粘流流态态。聚聚合合物物的的摩摩擦擦可可分分为为三三种类型：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；橡胶态的摩擦；(c)粘流态的摩擦。粘流态的摩擦。第16页，此课件共44页哦摩擦机理摩擦机理 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
17、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一一项项迟滞分量。迟滞分量。第17页，此课件共44页哦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
18、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
19、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弹性性变变形的方式，而是采取粘弹的方式。形的方式，而是采取粘弹的方式。第18页，此
20、课件共44页哦温度关系温度关系 聚合物的摩擦与温度、载荷及速度等有很大关系，甚至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加载时间都会对摩擦产生很大影响。在弹性聚氨酯与钢的摩擦。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，聚氨酯的摩擦系数明显提高。实验中得到，随着加载时间的增加，聚氨酯的摩擦系数明显提高。第19页，此课件共44页哦聚四氟乙烯聚四氟乙烯 聚聚四四氟氟乙乙烯烯（PTFE）在在工工程程塑塑料料中中占占有有非非常常重重要要的的地地位位，有有“塑塑料料王王”的的美美称称。它它的的用用途途相相当当广广泛泛，从从普普通通机机械械到到有极端苛刻使用
21、条件的尖端装置上都在使用。有极端苛刻使用条件的尖端装置上都在使用。第20页，此课件共44页哦聚四氟乙烯性能聚四氟乙烯性能聚四氟乙烯具有优异的摩擦特性。聚四氟乙烯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，相相比比之之下下，分子链不易断裂与分解，而大分子易于解脱与滑移。分子链不易断裂与分解，而大分子易于解脱与滑移。2)聚聚四四氟氟乙乙烯烯大大分分子子上上具具有有对对称称的的氟氟原原子子，电电性性中中和，大分子不带极性，因而具有优良的介电性能。和，大分子不带极性，因而具
22、有优良的介电性能。第21页，此课件共44页哦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，导导致致了了极极低低的的内内聚聚力力。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，不不溶溶于于任何溶剂，具有表面不粘性与润滑性等。任何溶剂，具有表面不粘性与润滑性等。5)分分
23、子子链链没没有有支支链链。通通过过X射射线线衍衍射射的的研研究究指指出出，聚聚四四氟氟乙乙烯烯大大分分子子的的外外部部由由分分布布得得相相当当平平滑滑的的电电子子所所包包围围，分分子子呈呈柱柱状状的的“流流线线型型”结结构，这也使得分子间的相互作用大大减小。构，这也使得分子间的相互作用大大减小。第22页，此课件共44页哦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行，起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，可达始阶段的摩擦系数相当高，可达0.20.3，这时会有一些材料团，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
24、为块转移到对摩表面上，这些团块的厚度为0.10.3 m数量级。数量级。一旦继续运动，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，而且以薄膜形式转移到对摩件表面上，薄膜的厚度为形式转移到对摩件表面上，薄膜的厚度为510nm数量级。这数量级。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物料克服，材料内部的大分。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方向定向，这不依赖于它们的结子就很容易被拉出结晶区而按滑动
25、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。晶度或分子量，似乎主要与分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。第23页，此课件共44页哦摩擦机理摩擦机理 PTFE的摩擦系数与简单粘附理论有定性的（虽然不的摩擦系数与简单粘附理论有定性的（虽然不是定量的）的吻合。是定量的）的吻合。PTFE具有的低摩擦系数，可用它的强度各向异性的性具有的低摩擦系数，可用它的强度各向异性的性质来解释。质来解释。由于这一性质，聚合物网状组织的某种长链分子由于这一性质，聚合物网状组织的某种长链
26、分子易于在一个方向而不是在其他方向上发生剪切。易于在一个方向而不是在其他方向上发生剪切。第24页，此课件共44页哦各向异性各向异性钢半球体在拉伸的钢半球体在拉伸的PTFE上上滑动时的粘附摩擦力滑动时的粘附摩擦力 PTFE受到拉伸或压延，分子链将按伸展的方向排列，而受到拉伸或压延，分子链将按伸展的方向排列，而结构变成具有极高的取向性。结构变成具有极高的取向性。第25页，此课件共44页哦主要缺点主要缺点 尽尽管管PTFE在在大大约约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
27、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。就可以克服。第26页，此课件共44页哦金刚石金刚石 金刚石是人们所知的最硬的材料。它压入和划伤金刚石是人们所知的最硬的材料。它压入和划伤最硬的金属及陶瓷时不产生永久变形。最硬的金属及陶瓷时不产生永久变形。第27页，此课件共44页哦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
28、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油或或脂脂肪肪酸酸覆盖的，其摩擦实际上都相同；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。金金刚刚石石在在空空气气中中的的摩摩擦擦有有以以下下四四种特征：种特征：1)摩摩擦擦系系数数一一般般是是低低的的（0.05）；）；金刚石针与金刚石的摩擦金刚石针与金刚石的摩擦 第28页，此课件共44页哦高真空高真空 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，值明显值明显地上升了。在空气中地上升了。在空气中 0.40.
29、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 金刚石不可能金刚石不可能发生连接点的发生连接点的生长。但金属生长。但金属塑性流动，可塑性流动，可以有大得多的以有大得多的接触面积，并接触面积，并伴随着高的摩伴随着高的摩擦系数。擦系数。第29页，此课件共44页哦金刚石的高速摩擦金刚石的高速摩擦 高高速速情情况况下下，由由于于金金属属大大量量地地熔熔化化，金金刚刚石石上上覆覆盖盖一一层层薄薄的的转转移移金金属属膜膜，这这样样，金金属属只只碰碰到到覆覆盖盖在在金金刚刚石石表表面面上上的的金金属属，与与金金刚刚石石不不能能接接触触。然然而而在在某某临临界界滑滑
30、动动速速度度以以下下，摩摩擦擦产产生生的的热热不不足足以以产产生生大大规规模模的的金金属属熔熔化化。这这时时在在金金刚刚石石表表面面上上形形成成许许多多热热点点，热热点点的的温温度度由由滑滑动动金金属属的的熔熔点点决决定定。由由于于高高温温，金金刚刚石石转转变变成成无无定定形形碳碳，这这个个过过程程在在1000时时是是缓缓慢慢的的，但但超超过过1600后后就就很很快快了了。所所以以金金刚刚石石的的抛抛光光大大部部分分是是由由于于一一种种碳碳形形态态的的高高温温改改变变（石石墨墨化化）所所致致，各各种种金金属属造成金刚石磨损的效果，随着金属熔点的升高而迅速增加。造成金刚石磨损的效果，随着金属熔点
31、的升高而迅速增加。第30页，此课件共44页哦金刚石材料的应用金刚石材料的应用 金金刚刚石石薄薄膜膜技技术术方方面面得得到到了了很很大大发发展展。人人们们用用各各种种热热化化学学方方法法在在不不同同基基体体材材料料上上制制造造出出各各种种金金刚刚石石薄薄膜膜，并并使使成成本本不不断断下下降降，目目前前已已经经得得到到了了越越来来越越广广泛泛的的应应用用。其其中中有有一一种种叫叫类类金金刚刚石石碳碳膜膜（DLC膜膜）非非常常有有应应用用前前景景。这这种种膜膜是是金金刚刚石石与与非非晶晶态态碳碳的的混混合合体体，它它的的表表面面要要比比纯纯金金刚刚石石膜膜的的表表面面更更平平整整、更更光光滑滑，因因
32、此此摩摩擦擦系系数数也也更更低低。DLC膜膜已已经经在在刀刀具具及及磁磁介介质质（磁磁盘盘、磁磁头头）等等方方面面得得到到了了迅速的应用迅速的应用。第31页，此课件共44页哦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固体边界润滑膜；石固体边界润滑膜；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，表现出良好的润滑性，将滑动摩擦变成滚动摩擦；应，表现出良好的润滑性，将滑动摩
33、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，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。向石墨转变，可提高润滑性。结果表明，含有纳米金刚石颗粒的润滑油使钢铁材料摩结果表明，含有纳米金刚石颗粒的润滑油使钢铁材料摩擦副之间的摩擦系数降低约擦副之间的摩擦系数降低约50%，使得动力消耗明显减少。在发，使得动力消耗明显减少。在发动机的机油内加入纳米金刚石，加入量动机的机油内加入纳米金刚石，加入量0.1wt%，可以提高发动机，可以提高发动机的寿命，油料节约的寿命，油料节约10%左右。对于纳米金刚石减摩耐磨机理研究左右。对于纳米金刚石减摩耐磨机理研究尚没有明确结
34、果，主要有如下观点：尚没有明确结果，主要有如下观点：第32页，此课件共44页哦冰的摩擦冰的摩擦 冰冰的的摩摩擦擦特特性性是是非非常常重重要要的的，如如车车辆辆安安全全行行使使、娱娱乐乐业业（滑滑冰冰、滑滑雪雪）以以及及破破冰冰船船的的工工作作等等都都与与冰冰雪雪的的摩摩擦擦有有关关。尽尽管管冰冰的的分分子子式式很很简简单单H2O，但但它它是是结结构构最最复复杂杂的的固固体体之之一一。温温度度的的变变化化对对冰冰的的性性能能有有很很大大影响。影响。冰冰粘粘附附在在金金属属上上与与它它粘粘附附在在聚聚合合物物上上是是很很不不相相同同的的。当当水水在在干干净净的的金金属属表表面面结结冰冰时时，界界面
35、面比比冰冰本本身身强强，裂裂缝缝发发生生在在冰冰的的内内部部。金金属属表表面面污污染染的的存存在在明明显显地地使使粘粘附附力力降降低低。对对于于聚聚合合物物材材料料，在在一一个个宽宽广广的的温温度度范范围围内内，界界面面力力一一般般小小于于整整块块冰冰内内部部的的内内聚聚力力，因因而而破破裂裂发发生生在在界界面面处处。不不管管是是金金属属还还是是聚聚合合物物，实实际际粘粘附附都都与与温温度度有有关。关。第33页，此课件共44页哦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
36、；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在冰点下几度内，光滑冰面与不同材料的摩擦系数一般为擦系数一般为0.010.05，但表面粗糙度的提高会，但表面粗糙度的提高会使摩擦增大。使摩擦增大。第34页，此课件共44页哦冰的摩擦冰的摩擦 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 第35页，此课件共44页哦层状固体的摩擦层状固体的摩擦 具具有有片片状状或或层层状状结结构构的的固固体体，由由于于它它们们有有十十分分明明显显的的各各向向异异性性或或方方向向性性的的性
37、性质质，因因而而具具有有低低的的摩摩擦擦阻阻力力。这这类类材材料料主主要要有有石石墨墨、二二硫硫化化钼钼、滑滑石石、云云母母及氮化硼等，它们也都是典型的固体润滑材料。及氮化硼等，它们也都是典型的固体润滑材料。一、石墨一、石墨 第36页，此课件共44页哦石墨的摩擦石墨的摩擦 第37页，此课件共44页哦二硫化钼二硫化钼 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体钼，它产生很高的摩擦，固体钼，它产生很高的摩擦，二二硫硫化化钼钼在在真真空空中中的的低低摩摩擦擦使它特别适宜于太空中的应用。使它特别适宜于太空中的应用。应应用用：在在制制造造烧烧结结金
38、金属属零零件件时时使使之之含含有有MoS2。MoS2作作为为润润滑滑脂脂和和润润滑滑油油的的主主要要耐耐磨磨添添加加剂剂也也取取得了很好的效果。得了很好的效果。第38页，此课件共44页哦减摩材料减摩材料 减摩材料的性能要求减摩材料的性能要求 1)减摩性减摩性 2)耐磨性耐磨性 3)好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 第39页，此课件共44页哦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几类：类：1)轴承合金；轴承
39、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。第40页，此课件共44页哦摩阻材料摩阻材料 摩摩阻阻材材料料又又称称（制制动动）摩摩擦擦材材料料，它它是是各各种种机机器器设设备备的的制制动动器器、离离合合器器和和摩摩擦擦传传动动装装置置中中不不可可缺缺少少的的材材料料之之一一。不不用用制制动动和和传传动动装装置置，现现代代机机器器和和机机构构就就不不能能可可靠靠地地工工作作。摩摩擦擦材材料料最最重重要要的的特特点点是是它它能能
40、够够吸吸收收动动能能，并并将将动动能能转转化化为为热热而而散散发发到到空空气气中中，材材料料本本身身没没有有毁毁坏坏性性的的磨磨损损，摩摩擦擦部部件件不被破坏。不被破坏。第41页，此课件共44页哦摩阻材料的一般特性摩阻材料的一般特性 为为了了保保证证制制动动系系统统和和摩摩擦擦传传动动的的可可靠靠性性，摩摩阻阻材材料料应应满满足足以以下下几点要求：几点要求：1)有有足足够够而而稳稳定定的的摩摩擦擦系系数数，静静、动动摩摩擦擦系系数数之之差差要要小小，且且摩摩擦擦系系数数基基本本上上不随外界条件变化而变化；不随外界条件变化而变化；2)具有良好的导热性，较大的热容量，有一定的高温机械强度；具有良好
41、的导热性，较大的热容量，有一定的高温机械强度；3)有有良良好好的的耐耐磨磨性性，且且不不易易划划伤伤摩摩擦擦配配偶偶件件的的表表面面以以及及与与之之严严重重粘粘着。磨合性好，在摩擦过程中噪音、振动小；着。磨合性好，在摩擦过程中噪音、振动小；4)原料来源充足，制造工艺简单易行，造价低。原料来源充足，制造工艺简单易行，造价低。摩摩阻阻材材料料可可根根据据材材料料特特点点分分为为金金属属型型（铸铸铁铁、粉粉末末冶冶金金摩摩阻阻材材料料）、非金属型及半金属型摩阻材料。非金属型及半金属型摩阻材料。第42页，此课件共44页哦金属摩阻材料金属摩阻材料 基本组成及特点基本组成及特点：粉粉末末冶冶金金摩摩阻阻材
42、材料料是是以以金金属属（铁铁基基和和铜铜基基）为为基基体体，加加入入起起润润滑滑作作用用的的减减摩摩组组份份（为为了了提提高高摩摩阻阻材材料料的的抗抗擦擦伤伤性性和和耐耐磨磨性性，如如石石墨墨、二二硫硫化化钼钼、硫硫化化物物、低低熔熔点点合合金金等等）和和增增摩摩组组份份（金金属属氧氧化化物物、碳碳化化物物、氧氧化化物物、石棉等），经均匀混合后压制成形或加压烧结而成。石棉等），经均匀混合后压制成形或加压烧结而成。第43页，此课件共44页哦非金属及半金属型摩阻材料非金属及半金属型摩阻材料 非非金金属属及及半半金金属属型型摩摩阻阻材材料料一一般般是是以以橡橡胶胶、树树脂脂作作粘粘结结基基体体，加加
43、入入金金属属和和非非金金属属成成分分的的粉粉末末作作为为充充填填物物而而制制得得的的。在在材材料料中中还还经经常常加加入入耐耐高高温温的的纤纤维维（如如石石棉棉及及一一些些矿矿物物和和陶陶瓷瓷纤纤维维等等），以以及及控控制材料摩擦系数的摩擦调节剂制材料摩擦系数的摩擦调节剂。与与金金属属型型摩摩阻阻材材料料相相比比，有有机机摩摩擦擦材材料料一一般般成成本本较较低低，工工作作时时产产生生的的噪噪音音和和振振动动较较小小，但但耐耐热热性性较较差差。因因此此，这这类类材材料料比比较较适适合合在在低低载载低低速速条条件下使用。件下使用。随随着着材材料料中中金金属属粉粉末末含含量量的的增增加加，材材料料的的导导热热性性提提高高，这这时时材材料料过过渡渡到到半半金金属属摩摩阻阻材材料料，这这种种材材料料可可以以在在较较高高载载荷荷和和速速度度下下使用。半金属摩擦材料可用于重鼓式制动，也可用于盘式制动。使用。半金属摩擦材料可用于重鼓式制动，也可用于盘式制动。第44页，此课件共44页哦