【材料】材料摩擦磨损PPT课件

键”时，表面原子的能量就会升高。和表面原子的这
种高出来的能量相连的就是表面能。
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晶面的表面能
不同晶面作表面时，断键数目不同，因而表面能不同。
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表面能
还可以更直观地说明表面能，设有一横截面为 1cm2的固体柱，在理想条件下（真空中）将它分 成两段时所作的功称为内聚功Wc，它表征了相同 物质间的吸引强度。拉断后的固体柱增加了两个 面积为1cm2的新表面，相应增加的表面能为2γa， γa为固体a增加的表面能。
据估计，工业化国家能源的约30％消耗于摩擦。对 一个高度工业化的国家，每年因摩擦和磨损所造成的经 济损失差不多占其国民经济年产值的l～2％。摩擦与磨 损的研究是一个有重大社会经济效益的课题。
摩擦与磨损自古以来就存在，利弊共存。
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摩擦与磨损
摩擦与磨损是涉及两个或两个以上作相对 运动物体之间的界面的科学和技术问题的一门 学科。
(1)通过物理和化学作用，环境对表面特征的影响； (2)接触表面之间的力的产生和传输； (3)作用在表面接触点处的外力附近表面材料的特性。
摩擦学的这三个方面问题显然是互相联系的。因 此，为了能全面解决摩擦学问题，必须对这三个方面 问题有所了解。
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前景
随着工业的发展，特别是在现代 工业与技术中高速、重载的运转条件， 核反应堆、宇宙飞船那样的恶劣工作 环境，微型机构、生物等方面，对摩 擦与磨损提出了越来越高的要求，为 这门新兴学科的发展提供了强大动力。
如果没有任何非可逆过程，那么这个可逆功
W
s T
,P就
等于表面能量的变化。因此
WsT,Pd(Gsa)
W sT,P (G a sa) T,Pd a G sa G as T,P 1d 7 a
表面张力
高温时，在由解理而制得的新的表面的情况下，表 面原子自由地在表面扩散的时候，与面积无关，则
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热力学函数
现就其周围包含有N个原子的固体平面而言，若每 一原子的体能量为E0，则每单位面积的表面能ES与总能 量E之间有下述关系 ：
ENE oaE s a是表面积。
每单位面积的表面熵为SS ，体熵为S0，则固体的总的 熵S为：
SNo SaS s
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热力学函数
表面每单位面积的功为:
As EsTSs
材料摩擦磨损
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PART ONE
前言
请在此处添加具体内容，文字尽量言简意赅，见到 那描述即可，不必过于繁琐，注意版面美观度。
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引言
摩擦学(Tribology)是近三十多年来迅速发展起来的 一门新兴边沿学科。它主要包括摩擦、磨损和润滑等研 究领域。摩擦导致大量机械能的损耗，而磨损则是机械 零件失效的一个重要原因。
根据功能原理得 Wc＝2γa
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物质的表面能和界面能
假如柱的上段为物质a，下段为物质b，则接触部分的
界面能为γab。若使柱在a、b界面上断开，对柱所作的功 称为粘附功Wab。断开后柱增加表面能γa和γb。根据功能 原理得
目前的研究热点：空间、生物、 微纳米、高速机械等。
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课程内容
1、材料表面特性及接触力学 2、材料的摩擦 3、材料的磨损
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第一章 固体表面特性
第一节 固体表面特性及结构
但物质不是无限的，在晶体中原子或分子的周期 性排列发生大面积突然终止的地方就出现了界面，如 固体－液体、固体－气体及固体Hale Waihona Puke Baidu固体的界面，常把 固体－气体（或真空）、固体－液体的界面称为固体 的表面。
包含着许多物理、化学及力学过程。物理学、化 学及材料科学工作者对此相当关注。摩擦与磨损直接 影响机械零件间力、功或运动的传递，因此，又是机 械工程师们重视的问题。不难看出，摩擦和磨损的研 究将是多学科的综合，涉及物理、化学、数学、材料 科学和机械工程等方面的很多基础知识。
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三个问题
为解决摩擦学领域中的技术问题，必须弄清楚摩擦 学基本的问题。
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第二节 表面热力学
一、表面张力与表面能
1. 表面热力学函数
在表面，晶格的周期性被切断，因此表面原子处 于与固体内部不同的环境之中。其实，表面的组成和 物理性质是由单一相慢慢地变化而来的领域，虽然很 难把它当作原来的热力学相，但能作为一种由温度、 面积、曲率半径以及各组分原子的质量等决定的特殊 相来处理。总之，固体表面相的热力学性质必须与固 体内部区别开来考虑。
很多物理化学过程：催化、腐蚀、摩擦和电 子发射等都发生在“表面”，可见其重要性。
表面是一个抽象的概念，实际常把无厚度的抽象表 面叫数学表面，把厚度在几个原子层内的表面叫作物 理表面，而把我们常说实际的固体表面叫工程表面。
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金属表面的实际构成示意图
工程表面
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表面结构
表面原子 M 的配位数 为 5。而基 体中的任一 个原子的配 位数为 6。
面心立方表面原子的配位数
在表面的位置 配位数 表面所处晶面 配位数
角上原子
3
原子在(111)上
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边缘原子
5
原子在(100)上
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表面的电子分布
(a) 电荷密度分布
(b) 电荷分布
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表面缺陷
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点缺陷、线缺陷和面缺陷
点缺陷：在三维方向上都很小的缺陷。 线缺陷：它是在一个方向上尺寸较大，而在另外两个 方向上尺寸较小的线缺陷。 面缺由陷于：界晶面体特的殊缺的陷结若构主和要界是面沿能二量维，方使向得伸界展面开有来许， 而多在与晶另体一内维部方不向同上的的性尺质寸。变例化如相，对界地面甚的小扩，散则、称界为面面 缺吸陷附、。界各面种腐界蚀面、如界晶面体与表位面错、的晶相界互、作亚用晶等界，及并相对界材等 都料是的面机缺械陷性，能它（们强通度常、只韧有性一）个以至及几对个变原形子、层再厚结。晶和 相变过程等都有重要影响。
G s a
T ,P
0
所以
WsT,P Gsda
G s （表面张力与表面自由能相一致 ）
低温，解理表面的原子不能自由扩散时，由于在表面
残留有畸变，因此
Gs
aGas
T,P
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表面能的物理图像
以面心立方金属的（100）面作为表面
只有当每个原子有12个最近邻，能量才最低，结
构最稳定。当少了四个最近邻原子，出现了四个“断
表面每单位面积的吉布斯（Gibbs）自由能为：
Gs HsTSs
系统总的自由能为：
GNG oaG s
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表面张力
在建立新的表面时，邻近的原子丢失、键被切断。 为此，必须作某种功。在一定的温度、压力下，保持 平衡条件，当表面积a只增加da时，该系统也必须做
功。这个可逆的表面功W S由下式给出：
Ws da