摩擦学汇报PPT

粘摩擦机理
表面粗糙度对摩擦系数的影响
(a)表示类金刚石镀膜硬盘与Mn-Zn的铁素体滑块之间产生弹性变形时的摩擦因数。随 着粗糙度的升高,摩擦因数的值减小。 (b)表示铜与铜在加载10N的情况下以0.1mm/s的速度滑动(铜与铜接触的塑性变形状 况,对于中等的粗糙度，事实上摩擦因数与粗糙度无关;随着真正接触的面积的增加,在低 粗糙度条件下,摩擦因数的值往往是变大。
摩 擦 系 数
载荷 钢于空气中在铝表面滑动
固体接触的摩擦
然而在材料表面有薄膜时，无论是有意所加，还是由于环境相互作用 而产生，载荷作用影响下的摩擦系数就不会再保持不变了。比如铜于空气 中在铜表面上滑动，在低载荷时，摩擦系数很低，而在载荷增大时 摩擦因 数增至更高数值。
摩 擦 系 数
载荷 铜于空气中在铜表面滑动
固体接触的摩擦
产生低摩擦的原因是： 铜在空气中易于氧化。因此，低载荷时，氧化膜有效地将两个金
属表面分隔，从而造成实际上很少的金属表面接触甚至没有。 但氧化膜的抗剪强度很低。在高载荷下，氧化膜被破坏，从而产
生密切的金属表面接触，这就导致了比较高的摩擦和表面损坏 。
固体接触的摩擦ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
木材于空气中在未润滑的钢表面滑动，其摩擦系数如图所示。载荷一定 而名义接触面面积的变化因子近250。由图可见，摩擦系数保持不变 。
金属的表面常覆盖有氧化膜、吸附气体膜及其它形式的污染薄膜。这些 表面膜的存在将对摩擦副的摩擦特性产生影响,而且会使摩擦系数发生变化。 金属和合金的摩擦因数除了受表面洁净度的影响之外,还与滑动速度、接触压 力、温度、大气环境以及相对湿度有很大关系。
而对于如橡胶之类有很光滑和洁净表面的软材料，摩擦系数则不会保持不 变。比如车辆轮胎在公路表面的摩擦系数会随轮胎宽度的增大而增大 。
木材与钢的名义接触面积对摩擦因数的影响
固体接触的摩擦
钛 在 3N 的 载 荷 下 在 钛表面滑动时滑动速 度对摩擦系数的影响
由此可知：摩擦力与速度无关，并不总是有效的。速 度作用影响下的动摩擦系数总是递减的。
固体接触的摩擦
在非常光滑的表面，当载荷降低到 mμN(毫微牛)的程度时摩擦系数发生图
左图展示了金刚石探针与硅（111）二 氧化硅图层和天然金刚石表面的动摩 擦因数和磨损深度受载荷的影响
固体接触的摩擦
总之，以上摩擦定律在大多数情况下都有大部分相符合。应 该强调的是：只有在给定相互滑动的材料及给定滑动过程进行中 的条件（温度、湿度、压力和滑动速度），μ才是严格的常数。许 多材料在干摩擦和有润滑的摩擦中显示出与载荷、滑动速度、及 直接可见接触面面积相独立的静摩擦系数和动摩擦系数 。
粘摩擦机理
粘摩擦机理
当两个名义上的光滑表面在加载下相互接触时，就形成凹凸体顶部的接触，接触的 凹凸体承受所加载荷。
在下图，所有接触点的总面积构成真正的接触面。在正常载荷下的大部分材料真正 的接触面积只占名义面积的一小部分。凹凸体的接触引起由其它物理特性导致的粘合接 触。剪切由已有的接触交叉面所形成的粘合点需要一个侧力 ，然后又形成新的接触。 由于两表面之间的分子引力产生粘合，所以对于两同类材料就像分子之间的引力一样存 在着粘合力。因此，交叉面像材料一样硬。并且，在划过剪切面的过程中会撕下材料碎 片。在这种情况下，摩擦力就取决于材料的切变强度。
古典摩擦定律内容归纳如下：
（1）摩擦力的大小与接触面间的法向力成正比 ，而与接触面 积的大小无关。即：
（2）摩擦力的方向总与接触表面相对运动速度的方向相反 ； （3）摩擦力的大小与接触面间的相对滑动速度无关 ； （4）静摩擦力大于动摩擦力 。
固体接触的摩擦
载荷作用影响下的摩擦系数如钢于空气中在无润滑的铝表面上滑动。尽 管载荷变化因子数量级很大，但摩擦系数仍保持为一常量不变。
粘摩擦机理
弹性变形的粘合摩擦： 对于大部分材料来说，有关摩擦的经典粘理论都适用，但黏
弹性材料一人造橡胶除外。粘合模型中，从分子角度看，有一 部分物理模型考虑了ー个简化了的粘合一滑动条件，另一些也 考虑了一些机械模型的相关信息。
粘摩擦机理
如最上侧图所示，假设一人造橡胶在一刚 性表面滑动后,粘合发生在A点。在这个小系统移 动一段距离的过程中,让粘合保持一段时间，然 后释放。就会在材料中产生一个相关联的张力, 这就会使能量储存在元件的弹性变形中(如中间 图所示 )。当弹性张力超过粘合力时,在A点就会 使粘合点断开并且元件就会松弛。然后在新的 点A‘就会发生新的粘合,依此类推（下图） 。
橡胶在硬表面间上产生粘着的机理
粘摩擦机理
当橡胶穿过接触区域时会连续不断地发生在皱的一边粘合断开，而在另一 边会重新粘合,如下图所示。重新粘合所需的能量比断开粘合所需的能量少。在 不断的粘合断开和重新粘合的过程中，摩擦与能量损耗有关。
示意图表明光滑的橡胶在光滑的玻璃上滑动时, 间断的分离怎样滑过接触区域的
不同材料的摩擦特性
不同材料的摩擦特性
1
金属材料的摩 擦特性
2 陶瓷材料的摩擦特性
3 聚合物的摩擦
特性
4 固体润滑材料的摩擦
特性
材料的摩擦特性
金属的摩擦特性： 当两个滑动表面是同一金属或是非常类似的金属,或是两种有可能形
成固溶合金的金属时,则摩擦较严重。例如铜一铜摩擦副的摩擦系数可达 1.0以上,铝一铁或铝一低碳钢摩擦副的摩擦系数大于0.8。而不同金属或低 亲合力的金属组成的摩擦副摩擦系数则较低。如银一铁或银一低碳钢摩擦 副的摩擦系数约为0.3。
接触摩擦与不同材料的摩 擦学研究
生活中无处不在的摩擦力
引言
摩擦力是好是坏?
没有摩擦力就不可能行走，机动车无法行驶在公路上， 不能拾取物体。甚至些机械场合，比如车辆制动器，离合 器以及以摩擦力为动力的传输装置(如皮带传输)，摩擦需 最大化。而许多其它滑动和转动零件，比如轴承密封圏则 不希望有摩擦，摩擦会导致能量损失以及磨损接触表面。 在这些场合，摩擦需最小化。
单相合金(如币合金 : 90%Ag , 10%Cu)的性质象纯金属,摩擦性能一 般与其主要组元相似。多相合金(如Cu一_Pb轴承合金)情况比较复杂,当含 有少量的软相时,摩擦系数较低。其原因是软相能够涂抹在合金的表面.上 充当润滑剂。属于这种类型的合金有含铅的易切削钢和含有石墨的灰口铸 铁等。
金属的摩擦特性