粘着磨损综述
粘结磨损的过程和影响因素
粘结磨损的过程和影响因素
粘结磨损的过程包括以下几个步骤:
1.摩擦表面的实际接触面积很小，接触点应力很高,接触点温度有时高达1000°C或更高。
2.摩擦副对偶表面处于高温高应力状态下，润滑油膜、吸附膜或其他表面膜容易破裂。
3.粘着点在摩擦运动中将微峰粘走，形成粘着磨损。
4.根据粘着磨损的严重程度，可分为轻微磨损、徐抹、擦伤、胶合和咬死五种类型。
影响粘结磨损的因素有:
1.摩擦表面的材料和硬度:不同的材料和硬度对粘结磨损的影响不同。
2.摩擦表面的粗糙度:粗糙度越高，越容易发生粘结磨损。
3.摩擦表面的温度和压力:温度和压力越高，越容易发生粘结磨损。
4.润滑剂的类型和数量:润滑剂可以降低摩擦表面的温度和压力，从而减少粘结磨损。
5.摩擦表面的腐蚀和氧化:腐蚀和氧化可以增加摩擦表面的粗糙度，从而增加粘结磨损的风险。
6.载荷和转速:载荷和转速的增加都会增加粘结磨损的风险。
7.环境因素:环境中的温度、湿度、气压等都会对粘结磨损产生影响。
以上信息仅供参考,如果还有疑问，建议查阅专业摩擦学书籍或咨询专业人士。
制表：审核：批准：。
粘着磨损
✓如果实践中没发现强固粘着，则主要是由于粘染膜 和弹性应力恢复效应影响。
§4 粘着磨损的模型和定律
一、粘着磨损的发生
1）界面比滑动表面中任一金属都弱，则剪切发生 在界面上，并且磨损极小。（如锡-钢）
2）界面比滑动表面中一金属强而弱于另一个，则 剪切发生在较软金属表层上，并且磨屑粘附到硬 金属表面上。（如铝-钢）
✓往往会被表面变形，特别是剪切应力所破坏，显 露出新鲜表面而被粘着；
✓另一个是弹性应力恢复效应。
✓接触区接点在形成过程中被强烈的加工硬化，当 载荷卸除后，界面发生弹性变形，此时周边的连 接桥处于拉应力状态，由于延性不足而被拉断， 所以只有一部分接点被保留下来；
✓对于大多数金属（即使完全净化的表面）， 由于弹性应力恢复效应，在卸除法向载荷之 后，粘着面积比预计的值小的解决措施？
粘着磨损
§1 粘着磨损的特点与分类
⒈定义： 实际上是相互接触表面上的微凸体不断地形成 粘着接点和接点断裂而导致摩擦表面破坏并形 成磨屑的过程。 最常见的磨损形式，如一固体材料在另一固体 材料表面上滑动或压入其表面后被拉开时。 以小颗粒状形式、存在粘附和反粘附现象
举例：
1、真空中洁净的硬钢压在黄铜块上后分开， 用高倍显微镜观察，明显看到分散的黄铜粒嵌 在钢表面。
✓实验表明，材料副在滑动中形成大磨屑的少于接 点总数的5%。
✓磨屑形成过程的图解
✓格林伍德Greenwood和泰伯Tabor
✓用不同金属与塑料的两维模型说明微凸体及其剪 切。指出：某些情况，特别是接点平面与滑动方 向不平行时，将形成粘附磨屑。
✓由于原始表面粗糙或在滑动过程中变粗糙，使不 平行性一定存在。
粘着磨损的形貌特征
粘着磨损是指两个接触表面之间产生的相对滑动运动，导致表面材料的局部破坏和剥离。
粘着磨损的形貌特征主要包括以下几个方面：
1. 粘着痕迹：在磨损表面上可以观察到一些明显的粘着痕迹，例如微小的凹陷、划痕、疤痕等。
这些痕迹通常呈现出不规则的形状，表明表面材料在相对滑动过程中发生了局部的粘着现象。
2. 剥离区域：粘着磨损表面上的剥离区域是指表面材料在粘着破坏过程中被剥离的部分。
这些区域通常呈现出不规则的形状，边缘不整齐，有时还会出现一些裂纹和断裂。
3. 塑性变形：粘着磨损过程中，表面材料会发生一定程度的塑性变形。
这种变形通常呈现出局部的凸起或凹陷，表面会出现一些起伏不平的区域。
4. 涂层破坏：如果表面材料是由涂层覆盖的，粘着磨损会导致涂层的破坏和剥离。
在磨损表面上可以观察到涂层的剥离、剥落和裂纹等现象。
总的来说，粘着磨损的形貌特征是表面材料在粘着破坏过程中产生的一系列不规则的凹凸、痕迹、剥离和裂纹等现象。
这些特征可以通过显微观察和表面分析技术来进行表征和分析。
磨损分类
粘着磨损当摩擦副两对偶表面作相对滑动时，由于粘着致使材料从一个表面转移到另一表面或材料从表面脱落而引起的磨损现象，统称粘着磨损。
1．磨损机理由于摩擦副两对偶表面间实际接触面积很小，接触点应力很高，接触点温度有时高达1000℃，甚至更高，而基体温度一般较低，因此一旦脱离接触，其接触点温度便迅速下降（一般情况下接触点高温持续时间只有几ms)。
摩擦副对偶表面处于这种高温和高应力状态下，润滑油膜、吸附膜或其它表面膜则发生破裂，使接触微峰产生粘着，随后在滑动中粘着点被剪断。
由于相对运动使表面膜破坏更严重、更易粘着。
这种粘着、剪断、再粘着的交替过程就构成了粘着磨损。
粘着点的剪断位置决定粘着磨损的严重程度，按粘着磨损的严重程度，可将粘着磨损分为以下几类（设摩擦副的两个基体A与B以及粘着点AB的抗剪强度依次为τA、τB、τAB，其中τA＜τB。
(1)轻微磨损若τAB＜τA＜τB,则剪切发生在粘着．界面，材料转移极微，磨损很轻。
通常在金属表面具有氧化膜、硫化膜以及其它表面膜时，发生此种粘着磨损，如缸套一活塞环副的正常磨损。
(2)徐抹若τA＜τAB＜τB ,则剪切发生在A的表面浅层内，被剪切下的材料涂抹在B的表面上，并形成很薄的涂层，随后变为A材料之间的摩擦。
由于表层的冷作硬化，剪切仍发生在A的浅表层，其磨损程度比轻微磨损略大，摩擦因数与轻微磨损相当，如重载蜗杆一蜗轮副的磨损常为此种情况（蜗轮表面的铜涂抹在蜗杆表面上）。
(3)擦伤若τA＜τB＜τAB，则剪切发生在A的亚表层内（有时也发生在B的亚表层内），被剪切下的材料转移到B 表面上而形成粘着物，这些粘着物又擦伤A表面，如内燃机中铝活塞一缸套副常发生这种粘着磨损。
(4)胶合若τA<τB<τAB，且接触点局部温度较高和接触应力很大，则剪切发生在一方或双方基体较深层处，这时表面将沿着滑动方向呈现明显的撕脱。
这是一种危害性极大的磨损（容易发展变为咬死），有时会突然发生，所以一定要预防。
第6章粘着磨损
在较低速度下， 在较低速度下，油膜破裂后能够生成化学反 应膜防止胶合发生，只有当表面温度过高， 应膜防止胶合发生，只有当表面温度过高， 使反应膜失效后才会发生胶合。 使反应膜失效后才会发生胶合。 在中等速度下， 在中等速度下，油膜破裂后能够生成化学反 应膜，此时胶合发生是由于反应膜的磨损率 应膜， 大于它的生成速率引起的。 大于它的生成速率引起的。 在较高的速度下， 在较高的速度下，一旦油膜破裂很难形成化 学反应膜，立即发生胶合， 学反应膜，立即发生胶合，胶合前的温度和 摩擦力都较低。 摩擦力都较低。
粘着磨损 杜永平
粘着磨损
杜永平
粘着磨损
杜永平
粘着磨损
杜永平
形成粘着原因的几种说法： 形成粘着原因的几种说法： Bowden等人认为粘着是接触峰顶的塑性变形 等人认为粘着是接触峰顶的塑性变形 和瞬时高温使材料熔化而产生的焊合； 和瞬时高温使材料熔化而产生的焊合； 苏联人认为粘着是冷焊的作用， 苏联人认为粘着是冷焊的作用，不必达到熔化 温度即可形成结点； 温度即可形成结点； 也有人认为粘着是摩擦表面分子的作用。 也有人认为粘着是摩擦表面分子的作用。 共同的看法： 共同的看法：粘着现象必须在一定的压力和温 度条件下才会发生。 度条件下才会发生。
粘着磨损 杜永平
（3）擦伤磨损 ） 粘结点的强度高于两金属材料强度时， 粘结点的强度高于两金属材料强度时，剪切破 高于两金属材料强度时 坏主要发生在软金属表层内， 坏主要发生在软金属表层内，有时也发生在硬金 属表层内。 属表层内。迁移到硬金属上的粘着物又会使软金 属表面被划伤，擦伤主要发生在软金属表面。 属表面被划伤，擦伤主要发生在软金属表面。 （4）胶合磨损 ） 粘结点的强度比两金属的剪切强度高得多， 粘结点的强度比两金属的剪切强度高得多，而 高得多 且粘结点面积较大时， 且粘结点面积较大时，剪切破坏发生在一个或两 个金属表层较深的地方。两表面都出现严重磨损， 个金属表层较深的地方。两表面都出现严重磨损， 甚至使摩擦副之间咬死而不能相对滑动。 甚至使摩擦副之间咬死而不能相对滑动。
粘着磨损文档
粘着磨损简介粘着磨损是指在物体表面由于粘附或黏附作用导致的磨损现象。
在工程领域中，粘着磨损是一种常见的问题，特别是在接触面积较大、接触压力较高、运动速度较慢或存在其他外界因素时。
粘着磨损会导致零部件失效、设备性能下降甚至停机，因此对于粘着磨损的研究具有重要意义。
本文将以介绍粘着磨损的机理、常见的粘着磨损类型以及相应的防治方法为主要内容。
机理粘着磨损的机理主要涉及粘附、摩擦和磨损三个过程。
1.粘附：相互接触的两个表面之间会存在分子间力，使得它们之间发生粘附，即会出现分子间的吸引力。
粘附力越大，接触表面就越容易产生磨损。
2.摩擦：当两个表面相对运动时，由于摩擦力的作用，粘附的表面开始产生剪切力。
剪切力可以导致粘附的物质发生位移，从而引起表面的层状磨损。
3.磨损：经过粘附和摩擦作用，材料表面开始出现磨损现象。
磨损可以表现为表面的破坏、物质的剥离或者颗粒的脱落等，最终导致材料的损失。
粘着磨损类型根据不同的应用环境和工程材料的性质，粘着磨损可以分为多种类型。
下面将介绍其中一些常见的粘着磨损类型。
粘着磨粒磨损粘着磨粒磨损是指在固体颗粒的作用下，物体表面出现剥离现象。
这种磨损主要发生在高温、高压和高速等恶劣环境下，如机械密封件、润滑剂以及机械加工中的切削过程。
粘着脱层磨损粘着脱层磨损是指在固体材料的表面出现层状磨损，即材料的一层一层地剥离。
这种磨损主要发生在薄膜材料、涂层材料以及表面硬化处理材料中，如硬质合金、陶瓷涂层以及涂层材料的剥离等。
粘着磨损与润滑润滑是减少粘着磨损的重要手段。
润滑剂可以在接触表面形成一层薄膜，减少两个表面的直接接触，从而降低粘附力和磨擦力。
润滑剂可以是固体、液体或气体，它们的性质和应用环境会影响到润滑效果。
润滑剂的选择和使用方法需要根据具体应用场景进行合理设计。
防治方法为了减少或防止粘着磨损的发生，可采取以下防治方法：1.表面改性：通过对材料进行表面处理，如硬化、涂覆等，提高表面的硬度和抗磨性，降低粘附和磨擦。
材料的磨损机制及其耐磨性能改进
材料的磨损机制及其耐磨性能改进材料的磨损机制是指在摩擦、磨削或磨损等作用下，材料表面因连续接触和剪切力而逐渐失去原有质量。
磨损机制的了解可以帮助我们改进材料的耐磨性能，提高材料的使用寿命和性能。
一、材料的磨损机制材料的磨损机制主要包括磨粒磨损、疲劳磨损和粘着磨损三种形式。
1. 磨粒磨损：在两个物体的接触摩擦作用下，外界的磨料颗粒进入其间，对材料表面造成切割和擦拭作用，导致材料表面的层状剥落、凸起及表面粗糙度增大。
2. 疲劳磨损：在周期性摩擦、滑动或冲击作用下，材料表面发生微小损伤和裂纹，逐渐扩展并形成磨损颗粒，此过程称为疲劳磨损。
3. 粘着磨损：当两个物体在摩擦作用下密切接触时，由于摩擦力和局部温度的升高，材料表面出现微观塑性变形，导致表面的微小物质相互粘附，形成磨损颗粒。
以上三种磨损机制往往同时存在于材料表面，可以相互作用导致磨损的加剧。
二、耐磨性能改进的方法为了提高材料的耐磨性能，延长其使用寿命，我们可以采取以下几种方法：1. 选择合适的材料：不同工作环境和使用要求下，材料的磨损机制可能有所不同，因此需要选择适应特定工况的耐磨材料。
常见的耐磨材料包括金属合金、陶瓷、高分子材料等。
2. 表面处理：通过表面处理来增强材料的耐磨性能。
常见的表面处理方法包括热处理、表面喷涂、表面改性等。
这些方法可以在材料表面形成一层硬、耐磨的保护层，减少磨损和摩擦。
3. 添加耐磨剂：在材料中添加一定量的耐磨剂，如颗粒、纤维等，可以有效地减少磨损。
耐磨剂能填充材料表面的微观凹坑，形成保护膜，防止磨料颗粒对材料的进一步切割和磨损。
4. 提高材料硬度：增加材料的硬度可以提高其抗磨损性能。
可以通过热处理、合金化等方式来提高材料的硬度。
5. 润滑和减摩：采用润滑措施可以有效减少材料之间的摩擦和磨损。
常见的方法包括润滑油、固体润滑剂和涂层等。
6. 设计优化：在产品设计的过程中，可以通过合理的结构设计、力学优化等方法来降低材料的受力和磨损，提高其耐磨性能。
粘着磨损例子
粘着磨损例子
按照粘着结点的强度和破坏位置不同，粘着磨损有不同的形式．
1.轻微粘着磨损：当粘结点的强度低于摩擦副两材料的强度时，剪切发生在界面上，此时虽然摩擦系数增大，但磨损却很小，材料转移也不显著。
通常在金属表面有氧化膜、硫化膜或其它涂层时发生这种粘着磨损．
2.一般粘着磨损：当粘结点的强度高于摩擦副中较软材料的剪切强度时，破坏将发生在离结合面不远的软材料表层内，因而软材料转移到硬材料表面上。
这种磨损的摩擦系数与轻微粘着磨损的差不多，但磨损程度加重
3.擦伤磨损：当粘结点的强度高于两对磨材料的强度时，剪切破坏主要发生在软材料的表层内，有时也发生在硬材料表层内。
转移硬材料上的粘着物又使软材料表面出现划痕，所以擦伤主要发生在软材料表面
4.胶合磨损：如果粘结点的强度比两对磨材料的剪切强度得多，而且粘结点面积较大时，剪切破坏发生在对磨材料的基体内。
此时，两表面出现严重磨损，甚至使摩擦副之间咬死而不能相对滑动。
磨损机理1_粘着磨损
粘着磨损介绍
磨损机理
Adhesive wear
两个固体表面接触，由于表面不平，实际上是微凸体之间的接触，在相对滑动和一定载荷作用下，接触点发生塑性变形或剪切，摩擦表面温度增高，严重时表层金属局部会软化或熔化，使接触点发生黏着或焊合。
然后出现黏着——剪断——再黏着——再剪断的循环过程，形成了材料的转移，造成了黏着磨损。
从微观角度解释其机理，则是高的接触应力，造成表面相互嵌入，破坏了表面膜，使纯洁金属接触部分形成了分子相互吸引的条件进行黏着，运动中再撕开，其中可能产生了一部分分子的转移。
磨损的产生则是由于原子键联结并不一定都在原始微观接触处断开，而有可能在摩擦副中较弱方的表面层附近断开，结果使材料从摩擦副一方到另一方的转移，经常形成松脱的磨屑。
油润滑的金属表面在油膜破裂后可能发生黏着。
无油表面在表面污染膜失效后金属才能直接黏着。
粘着磨损使摩擦副表面的几何形状发生变化，从光学显微镜下可以看到表面擦伤、划伤、材料转移、咬死焊点和疲劳点蚀等磨损形态。
粘着磨损
两个相对滑动的表面在摩擦力的作用下，表面层发生塑性变形，表面的污染膜、氧化膜 会发生破裂，结果新鲜金属表面裸露出来，由于分子力的作用使两个表面发生焊合。如果外 力能克服焊合点的结合力，相对滑动的表面可以继续运动。若剪切发生在原来的接触表面上， 那就不会发生磨损，或者叫做“零磨损”。若剪切发生在强度较低的金属一方，则强度较高 的材料表面上将粘附对摩件的金属，在以后的重复摩擦过程中，软金属粘附物将辗转于对摩 件的表面之间，这种现象叫做“金属转移”。有些粘附金属在以后的滑动中可能由金属表面 脱落下来称为磨损产物——磨屑。粘着磨损是一种常见的磨损形式。它的发生与发展十分迅 速，容易使零件或机器发生突然事故，造成巨大的损失。许多零件的磨损失效也都与粘着磨 损机制有关，如刀具、模具、量具、齿轮、涡轮、凸轮、各种轴承、铁轨等。
影响摩擦副粘着特性的另一个因素是转移金属 d 化合键的特点。
3. 金属的晶体结构 晶体的点阵形式对粘着磨损有重要影响。在一般条件下，面心立方点阵的金属粘着倾向 大于密排六方点阵。在密排六方点阵中，元素的������⁄������比越大，粘着倾向越小。
4. 金属的显微组织 1) 晶粒尺寸的影响 晶粒粗大试样的磨损失重总比细晶的大 2) 铁素体的影响 一般来说，在其他条件相同的情况下，钢铁中铁素体含量越多，耐磨性越差 3) 珠光体的影响 在含碳量相同，试验条件相同的条件下，片状珠光体的耐磨性比粒状珠光体好
第一类胶合的特点和磨损程度与下列因素有关： 1. 材料本身的性能（表面的物理性能、表面的化学性能、表面的力学性能，例如强度、塑
性、韧性、氧化性等。） 2. 相对运动速度及运动方式 3. 载荷的大小和加载方式 4. 周围环境条件（介质成分和温度等）
在某些条件下，发生胶合的表面也伴随有氧化磨损发生。这种氧化磨损可阻止胶合的发展。 但是如载荷等条件进一步加重，则胶合磨损将进一步加剧。 在表面发生第一类胶合时，金属摩擦表层一般不发生相变和成分变化。但是，表面层中会发 生严重的塑性变形，有时产生明显的织构现象，表面层的应力状态有较大变化。 表面层的硬度增高，可以防止第一类胶合的发生和发展。只有在很大的载荷下才能产生胶合 现象。 润滑状态对第一类胶合有明显的影响。润滑膜的存在对胶合的发生和发展是一个有力的阻碍 因素。表面的液体润滑膜、固体润滑膜、氧化膜、硫化膜、氯化物等都可以减轻或避免胶合 现象的发生。
地铁车辆零部件的损伤和失效—车辆零部件的磨损形式
磨料磨损的机理
从总体上讲属于磨粒颗粒的机械作用 ，共有四 种假说：
1）微量切削：认为磨料磨损主要由磨料颗粒沿 摩擦表面进行微量切削引起的，微量切削大多数呈 螺旋状、弯曲状或环状，与金属切削加工的切削形 状类似；
磨料磨损的机理
2）压痕破坏：认为塑性较大的材料，因磨料在载 荷作用下压入材料表面而产生压痕，并从表层挤出 剥落物；
磨损的影响因素
上述3个方面影响磨损速度的因素： ❖ 第一个因素是决定磨损类型和磨损速度的基本因 素； ❖ 第二个因素是从工艺上提高零件耐磨性应考虑的 措施，也是车辆检修时提高零件耐磨性的手段之一 ； ❖ 第三个因素是决定摩擦特性的因素，也直接影响 到磨损速度的大小。
车辆零部件的磨损形式
车辆零部件的磨损形式
根据零件摩擦表面的破坏程度，黏着磨损可分 为轻微磨损、涂抹、擦伤、撕脱和咬死等五类。
典型粘着磨损形貌
粘着磨损
在金属零件的摩擦中，粘着磨损是剧烈的，常 常会导致摩擦副灾难性破坏，应加以避免。
但是，在非金属零件或金属零件和聚合物件构 成的摩擦副中，摩擦时聚合物会转移到金属表面上 形成单分子层，凭借聚合物的润滑特性，可以提高 耐磨性，此时粘着磨损起到有益的作用。
疲劳磨损
（1）滚动接触疲劳磨损 在滚动接触过程中，材料表层受到周期性载荷作用
，引起塑性变形、表面硬化，最后在表面出现初始裂纹 ，并沿与滚动方向呈小于45 °的倾角方向由表向里扩展 。表面上的润滑油由于毛细管的吸附作用而进入裂纹内 表面，当滚动体接触到裂口处时将把裂口封住，使裂纹 两侧内壁承受很大的挤压作用，加速裂纹向内扩展。在 载荷的继续作用下，形成麻点状剥落，在表面上留下痘 斑状凹坑，深度在0.1~0.2mm以下。
1 粘着磨损 2 磨料磨损
铁系金属磨粒图谱识别 3.粘着磨损
铁系金属磨粒图谱识别——粘着磨损1.磨损机理.由于摩擦副表面粗糙度的存在,通常表面微凸起相互接触面积只占名义接触面积很小的比例,载荷实际只作用在峰点间的很小面积之上。
峰点间的直接接触使它们之间不再存在油膜甚至表面膜也被破坏。
由于它们之间的接触应力大大超过材料的屈服强度而使峰点产生塑性变形直至固相熔焊。
当结合点随摩擦副进行相对运动时,受剪切力,结合点沿强度较弱处断开使其脱离其中一个表面而转移到另一表面上,从而发生磨损。
由于粘着点的强度异于原金属基体，转以后峰点高于原峰顶，在切向力和法向力的作用下，粘着点会脱落形成磨粒。
图3-1：粘着磨损发生机理2.粘着磨损6个磨损等级粘着磨损发生在毕氏层之下的变形层，在微观上属异常磨损范畴，但在宏观上因发生的面积和深度的不同而有等级上的差别。
粘着磨损依其轻重程度不同可分为6个等级：（1）轻微磨损:剪切破坏产生在粘着点上；（2）涂覆:剪切肤浅，一方金属材料以很薄一层转移到另一表面上；（3）擦伤:剪切发生在亚表层内，表面沿滑动方向出现细小划痕；（4）划伤:剪切进入金属基体，沿滑动方向产生较重抓痕；（5）胶合:剪切发生在摩擦副金属较深处，局部发生固相焊合；（6）咬死:工作表面粘着咬住，相对运动停止；（1）、（2）两个等级对摩擦副表面破坏甚微，工程概念上仍属于正常磨损范围，严重滑动磨粒依次经过（3）、（4）、（5）产生。
产生过程中，伴随着局部润滑不良，铁系金属产生氧化物，润滑脂高温胶化生成摩擦聚合物；由于局部干摩擦产生高温，有时会出现蓝、黄回火色的磨粒。
3.谱片特征：（1）严重滑动磨粒：表面光滑但带有明显平行划痕或开裂迹象，棱边平直。
（2）氧化物：氧化铁锈的多晶团粒在白色反射光照射下呈桔黄色，在白色反射偏振光照射下呈桔红色；四氧化三铁团粒为黑色。
（3）摩擦聚合物：通过双色照明，既呈现金属微粒的红色，又透视出摩擦聚合物母体的绿色。
4.谱片分析（1）严重滑动磨损图3-2：典型的严重磨损磨粒严重滑动磨损由于相对运动表面由于负荷过高和速度过大而产生过高剪切应力，切混层不稳定，局部粘着产生大的磨粒，磨粒＞20μm。
7-材料磨损与耐磨材料(第3章粘着磨损)4详解
在以后的摩擦过程中，附着物碾转于对磨件的表面之 间，有些粘附物在反复的摩擦中可能由金属表面脱落下 来→磨屑。
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§3.1.1 粘着磨损的概念
粘着磨损也称咬合(胶合)磨损。磨损产物通常呈小 颗粒状，从一物体表面粘附到另一个物体表面上，然 后在继续的摩擦过程中，表面层发生断裂，有时还发 生反粘附．即被粘附到另一个表面上的材料又回到原 来的表面上，这种粘附反粘附往往使材料以自由磨屑 状脱落下来。粘着磨损产物可以在任意的循环中形成。 粘着以后的断裂分离，并不一定在最初的接触表面产 生。
4
Chapter 3: 材料的磨损机理
图(d)为腐蚀磨损。它的主要特征是磨损表面有化 学反应膜或小麻点，但麻点比较光滑。磨损物为簿的 碎片或粉末，典型工件如船舶外壳、水力发电的水轮 机叶片等。
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Chapter 3: 材料的磨损机理
• §3.1 • §3.2 • §3.3 • §3.4 • §3.5 • §3.6
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§3.1 粘着磨损
• §3.1.1 粘着磨损的概念 • §3.1.2 粘着磨损一般规律 • §3.1.3 粘着磨损分类 • §3.1.4 粘着磨损表达式与定律 • §3.1.5 影响粘着磨损的因素
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Hale Waihona Puke §3.1.2 粘着磨损一般规律
• 粘着磨损过程一般分为三个阶段： (1)跑合阶段亦称 磨合阶段(磨合磨损阶段)； (2)稳定磨损阶段； (3)急 剧磨损阶段亦称破坏磨损阶段。如下图所示：
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§3.1.3 粘着磨损分类
第一类胶合的相关因素： • 材料性能（表面物性、表面化性、表面力性）；
• e.g.强度、塑性、韧性、氧化性等
第6章粘着磨损
粘着磨损
杜永平
粘着磨损
杜永平
粘着磨损
杜永平
粘着磨损
杜永平
形成粘着原因的几种说法：
? Bowden 等人认为粘着是接触峰顶的塑性变形 和瞬时高温使材料熔化而产生的焊合；
? 苏联人认为粘着是冷焊的作用，不必达到熔化 温度即可形成结点；
? 也有人认为粘着是摩擦表面分子的作用。 共同的看法： 粘着现象必须在一定的压力和温 度条件下才会发生。
v2
粘着磨损
杜永平
临界温度 淬火钢齿轮： ? sc ? 150 ~ 2500 C； 未淬火钢齿轮： ? sc ? 60 ~ 1500 C； 普通矿物油润滑： ? sc 接近润滑油的蒸发温度。
实践证明：瞬时温度准则与指数型准则所得 的计算结果十分相近。在高速滑动条件下，瞬 时温度准则相当于 n＝2／3时的指数型准则。
粘着磨损
杜永平
? b ? ? f ? ? sc
胶合临界温度 ? sc
① Block推导线接触摩擦副瞬表时面温本升体公温式度 ?b
?f ? (
0.83 fpe v1局?部v2瞬时温升 ? f
K1 ? 1c1v1 ? K2 ? 2c2v2 ) b
② Akin 就钢表面线接触摩擦副提出的简化式
?f
?
0.076 fpe
v1 ? b
影响粘着磨损常数 ks的因素：
? 摩擦类型；
? 摩擦温度；
? 润滑情况；
? 滑动距离。
Archard 计算模型的不足之处在于： ? 完全忽略了金属变形的物理特性及有关材 料学的变化； ? 在数学表达式中使用了一些假设，有些过 于粗糙，不尽合理； ? 对不同条件下的金属磨损过程没能提供确 切的说明。
粘着磨损的分类
粘着磨损的分类
1. 氧化磨损，哎呀，这就好比铁制品长时间暴露在空气中会生锈一样呀！比如那些经常在户外的机械设备，表面就容易出现这种氧化磨损呢。
2. 磨粒磨损，你想想看哦，就像砂纸在物体表面摩擦，会带下一些东西，这就是磨粒磨损呀！像沙漠里的风沙对机器零件的磨损就是典型例子呀。
3. 粘着磨损中的轻微粘着，这不就跟两个东西轻轻粘在一起似的嘛，有时候一些不太严重的接触就会产生这种轻微粘着磨损呢，就像我们的鞋底在地面上偶尔的摩擦。
4. 粘着磨损中的严重粘着，哇塞，这可不得了呀，那简直就是死死地粘住啦！比如机器中一些紧密接触且压力大的部件之间就可能出现这种严重粘着磨损，后果很严重的哟！
5. 热粘着磨损，这就如同高温让东西融化粘在一起一样呀！像发动机里某些高温部位就容易出现这种情况呢。
6. 冷粘着磨损，哎呀，就好像在低温下有些东西也会莫名其妙地粘起来，那种情况下产生的磨损就是冷粘着磨损，可别小看它呀！
7. 化学粘着磨损，这就像发生了某种化学反应让它们粘在一起然后磨损啦，在一些特定的化学环境中就会有这种呢，真得注意呢！
8. 机械粘着磨损，这不就是纯纯机械作用导致的粘着磨损嘛，很直接很明显呀！像齿轮之间的磨损就可能有这种呀。
我觉得粘着磨损的这些分类都好重要呀，了解清楚才能更好地应对和预防呀，不然设备可要遭殃咯！。
表面摩擦与磨损综述总结
表面摩擦与磨损摘要：简要介绍了摩擦与磨损的定义，摩擦的分类及评价方法；磨损的分类及评价方法；磨损的评价方法；抗摩擦磨损表面强化技术。
关键词：摩擦；磨损；表面1 引言摩擦与磨损是自然界存在的普遍现象, 摩擦对人类的生活和生产活动有利有弊, 而磨损却是有百害而无一利。
摩擦与磨损对能源及材料的消耗是相当可观的, 据粗略估计, 有1/3 ～ 1/2的能源消耗于磨损, 而磨损又常常是机器零部件失效的主要原因。
摩擦与磨损是发生在相互接触并相对运动的两个固体表面之间, 因此接触表面的特性, 诸如表面粗糙度及硬度等与摩擦、磨损关系密切。
有些表面特性是由材料的本性决定的, 此外, 还可以采用各种方法对材料表面进行改性, 其中表面处理技术中的电镀及复合镀等则是常用的手段。
在制备减摩及耐磨镀层时需进行检测, 因此, 有必要对摩擦及磨损的定义、产生原因和测试方法等有一定程度的了解[1]。
2 摩擦与磨损的定义摩擦的定义是:两个相互接触的物体在外力的作用下发生相对运动或者相对运动趋势时,在切相面见间产生切向的运动阻力,这一阻力又称为摩擦力。
磨损的定义是:任一工作表面的物质,由于表面相对运动而不断损失的现象。
据估计消耗在摩擦过程中的能量约占世界工业能耗的 30%。
在机器工作过程中，磨损会造成零件的表面形状和尺寸缓慢而连续损坏，使得机器的工作性能与可靠性逐渐降低，甚至可能导致零件的突然破坏。
人类很早就开始对摩擦现象进行研究，取得了大量的成果，特别是近几十年来已在一些机器或零件的设计中考虑了磨损寿命问题。
在零件的结构设计、材料选用、加工制造、表面强化处理、润滑剂的选用、操作与维修等方面采取措施，可以有效地解决零件的摩擦磨损问题，提高机器的工作效率，减少能量损失，降低材料消耗，保证机器工作的可靠性[2]。
3 摩擦的分类及评价方法在机器工作时，零件之间不但相互接触，而且接触的表面之间还存在着相对运动。
从摩擦学的角度看，这种存在相互运动的接触面可以看作为摩擦副。
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粘着磨损及影响因素的研究摘要：粘着磨损是磨损的失效基本类型之一,本文根据材料的表面状态和内部结构阐述了影响粘着作用的机理和因素并给出了一些实用的克服粘着磨损的措施。
关键词：粘着磨损；摩擦副；粘着力；吸附膜；氧化膜1 引言磨损是材料和零件的主要失效形式之一，每年给人类带来上千亿美元的巨额浪费。
而粘着磨损是一种最常见的的磨损形式，它在摩擦学的研究和应用中有非常重要的地位和作用。
世界上技术先进的国家都为粘着磨损的研究及对策投入了大量的财力和人力[1]。
粘着磨损按程度分为涂抹、擦伤、粘焊和咬卡等几种。
许多零件、工具的报废和失效都和粘着磨损有关。
如轴承、凸轮、蜗轮、齿轮、量具、刃具、模具。
真空环境的粘着磨损已成为空间技术的核心问题。
另外，工作在气态、液态和侵蚀介质中的原子能反应堆及其他承受重载的机械装备也不能摆脱粘着磨损。
由此可见，研究粘着磨损对国民经济各部门都具有重要的意义，特别对尖端技术更具有突出的作用[2]。
2 粘着磨损的产生及理论分析2.1 粘着磨损的产生粘着磨损是由摩擦表面的引力作用引起的。
界面上的分子使接触表面形成粘着耦合，粘着作用使摩擦副表面或亚表层产生破坏，摩擦力剧增，摩擦变得迅猛而强烈，其中粘着力的大小与摩擦表面的清洁程度、吸附层及润滑状态有关。
法向应力、切向应力、温度、变形的作用使摩擦表面的隔离层（润滑层、污染层、吸附层及氧化膜）发生破坏[3]。
2.2 粘着磨损的形式粘着磨损的形式取决于粘着的强度和表面下材料的强度等条件，如果粘着强度比摩擦副两基体金属的强度都弱，剪切将发生在界面上，这时磨损极小；如果粘着强度大于基体金属的强度，则剪切将发生在离界面的金属表层内，金属将从一个表面转移到另一个表面上，形成粘着磨损。
粘着磨损按金属转移程度不同分为以下几种形式[4]。
(1) 轻微磨损。
当粘着强度比摩擦副的两基体金属抗剪强度都弱时，剪切将发生在粘着的界面上，这时表面材料转移极少，磨损很少，但摩擦系数将增大。
金属表面上有氧化膜时，常发生这类粘着磨损。
(2) 涂抹。
当粘着强度大于摩擦副中较软一种金属的强度时，剪切将发生在离粘着面不远的较软金属的浅层内, 使软金属涂抹在金属表面上。
(3) 擦伤。
当粘着强度比两基体金属抗剪强度均大时，剪切主要发生在较软一种金属的亚表层内，有时也发生在硬金属的亚表层内，转移到硬面上的粘着物又刮削软金属表面，使软金属表面产生划痕，有时硬金属表面也有划伤。
(4) 咬合。
当粘着强度比两基体金属抗剪强度大得多时，剪切将发生在摩擦副金属的较深处，表面将沿滑动方向呈现明显撕脱，出现严重磨损，滑动继续进行，粘着范围很快增大，摩擦产生的热量使表面温度剧增，极易出现局部熔焊，使摩擦副咬死，不能相对滑动，这种形式破坏性很大。
(5) 划伤。
当粘着强度比两基体金属强度都高，切应力高于粘着结合强度，剪切破坏发生在摩擦副一方或双方金属较深处，表面呈现宽而深的划痕[5]。
2.3 粘着学说对于粘着现象的解释众说纷纭，赫姆等人认为，粘着是相互接触的滑动表面由于摩擦作用, 一侧表面原子被对方表面的原子捕捉的现象；鲍登等人认为是表面局部高压引起塑性变形和瞬时高温，使接触的峰顶材料熔化而发生焊合的现象；赫罗绍夫等人则认为粘着是冷焊的作用, 不一定达到熔化温度。
定程度时，支撑面积曲线的变化情况也不一样。
支承面积曲线在研究摩擦磨损时非常有用[6]。
2.4 粘着的理论学说由于目前还没有完善粘着磨损的理论，所以还不能用计算的方法预计摩擦时粘着力的大小，但粘着作用力不但与材料的弹性变形和塑性变形有关，而且还与真实接触面积的总和有关，因为表面力就作用在这些接触处。
在某些情况下粘着作用的程度与固体表面能有关，即与形成新表面所必须的功有关。
表面的 Er 的近似值可用下面的方程式计算：Er =（E |Ya）其中E——弹性模量Ya——相互作用的表面的间距A——原子间的力的作用半径而粘着能E a 可以认为是将两个相互接触的物体分开的能量E a= E r1+ E r2—E k其中E r1、E r2 ——1、2 物体的表面能E k—现存界面引起的接触能量[7]常见几种金属的晶体点阵中，密堆六方点阵金属的粘着倾向较面心立方点阵、体心立方点阵要小些。
合金元素对钢材粘着作用的影响不突出，有些常存杂质（碳和硫）可使粘着作用减轻。
复合材料的晶须方向对粘着作用有一定的影响，当晶须方向垂直于滑动方向时，粘着磨损较小，摩擦副的近表层变形和磨损将促进保护层的破坏。
对粘着磨损而言，接触点处的剪切强度是一个极为重要的变量，它与中间膜的状态、材料的强度、脆性及塑性有关。
当滑移发生在界面时，粘着磨损很轻微，如果接触处的粘着结合强度，高于材料强度断裂将在强度较低的材料内部发生，这就是所谓的内聚力破坏[8]。
2.5 粘着磨损的基本定律由于不能精确考虑各种摩擦副的材料特性、表面膜、润滑状态等因素影响, 因此不能确切定量计算, 但得出了粘着磨损的基本定律:(1) 磨损的体积与滑动距离成正比；(2) 磨损的体积与载荷成正比；(3) 磨损的体积与较软的一种材料的屈服极限( 或硬度) 成反比[9]。
然而, 当载荷增大到某一临界值时, 磨损急剧增大,这说明载荷增大时, 实际接触面积增大, 而接触点的压强并不增大; 当平均压力大于δs时, K 值急剧增大, 整个面积发生塑性变形, 实际接触面积不再随载荷的增加而增大, 因此, 磨损急剧增大。
除上述粘着机理外, 还有一些学说。
有的认为转移首先是由于材料疲劳使其粒子从固体表面分离出来,然后再粘附到相对表面上去; 也有人认为在温度和应力作用下, 原子从一种材料扩散到另一种材料中去。
3 影响粘着磨损的因素3.1 摩擦副材料特性的影响两个金属表面发生粘着, 首先和他们形成的固溶体特性有关。
由固溶性大的材料组成的摩擦副, 粘着倾向大, 结合点比较牢固; 反之则粘着倾向小, 结合点易于被切开。
一般来说, 相同金属或晶格类型, 晶格间距、电子密度、电化学性质相近的金属, 互溶性大, 容易发生粘着, 反之发生粘着倾向小。
也有些金属, 虽然互溶,但它们之间可形成金属化合物, 因此也不容易发生粘着。
多相金属由于组织不连续, 所以比单相金属粘着倾向小; 金属与非金属组成的摩擦副比金属组成的摩擦副粘着倾向小; 脆性材料的抗粘着性能比塑性材料好,塑性材料的粘着破坏多发生在离表面一定深度处, 磨屑颗粒在, 表面粗糙[10][11]。
3.2 压力的影响粘着磨损一般当压力增大到某一数值时会急剧增大。
当压力超过ds 时, 磨损急剧增大, 严重时发生咬死。
这种转变是由于表面温度和沿深度的温度梯度影响分子间的相互作用以及相接触的微凸下的塑性区相互作用引起的。
轻载时, 相接触的微凸体下的塑性区相互独立, 重载时相互作用。
若表层完全呈塑性, 则发生剧烈磨损[12]。
3.3 温度影响摩擦过程产生的热量, 使表面温度升高。
表面温度对磨损影响主要有:(1)使摩擦材料性质发生变化；(2)表面膜形成；(3) 使润滑剂的性质发生三方面变化[13]。
一般来说, 金属的硬度随表面工作温度变化而变化, 磨损也发生变化。
温度也会导致各种氧化膜和其它化合物的形成, 从而改变表面间相互作用的性质。
当摩擦表面有润滑剂时, 温度升高会使油变质, 先是油膜氧化, 之后以热降解。
这种作用结果引起润滑油性质变化, 是一个不可逆过程。
这时, 油膜发生离析, 分子链位相消失, 使润滑油丧失其保护表面的能力。
润滑油的位相消失与润滑剂的成分和被润滑的金属有关系; 脂肪酸膜在金属表面时的位相消失温度高于其积状态时的位相消失温度, 这是由于酸与金属形成了化合物[14]。
4 粘着磨损的预防从以上分析可知, 粘着磨损与摩擦副材料的性质、载荷大小和工作环境条件等方面有着密不可分的关系。
因此, 在选材上, 选择磨损系数小的摩擦副材料；在压力方面, 选择的许用压力必须低于临界压力值；提高表面粗糙度以降低微区接触应力。
另外, 在高温下工作的摩擦材料应具有高的热态硬度, 同时为防止润滑剂位相消失, 使润滑剂受到良好的保护, 必须采用添加剂。
合理的表面强化处理, 有利于降低粘着磨损, 由于表面强化处理改变了材料的表面状态并提高了表面硬度, 使摩擦副间的粘着机制受到阻碍。
因此, 对于外部粘着磨损, 采用表面渗碳、磷化、软化等薄层表面处理工艺来提高粘着磨损的耐磨性。
对于内部粘着磨损, 采用渗碳、碳氮硼三元共渗。
介于两者之间时, 采用氮化或激光表面强化。
只有这样才能有效的减小粘着磨损,延长构件的使用寿命[15][16]。
参考文献[1]机械设计手册编委会.机械设计手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 北京: 2005.[2]朱文坚, 黄平, 吴昌林.机械设计[M].北京: 高等教育出版社, 2005.[3]刘家浚.材料磨损原理及其耐磨性[M].北京清华大学出版社1993.[4]姚若浩．金属压力加工的摩擦与润滑 .北京:冶金工业出版社，1990.4[5]Stolarski T A. Adhesive wear of lubricated contacts[J]. Tribology International, 1979,12(4):169–179.[6]余俊等，《摩擦学》，湖南科学技术出版.84年版[7]戴雄杰，《摩擦学基础》，上海科学技术出版，1984年版[8]籍国宝等，《摩擦磨损原理》，北京农业机械化学院，1984年版。
[9]D．F．摩尔，《摩擦学原理和应用》，机械工业出版社，1982年版。
[10]J．雹林，《摩擦学原理》，机械土业出版社，1981年版。
[11]高彩桥.摩擦金属学[M].哈尔滨哈尔滨工业大学出版社1988.[12]张清.金属磨损和金属耐磨材料手册[M].冶金工业出版社1991.[13]F．P．鲍登、D．泰伯，《摩擦学入门》，机械工业出版社，1980年版。
[14]7．D．H．Buckley，《Surface Effects in Adhesion,Friction, Wear and Lubrication》[15]Elsevier Scientific Publishing Company,Amsterdam-oxford-New York,1981.[16]B.Michau,D.Berthe and M.Godet, "wear" vol.28, P187/175,1974。