摩擦学材料研究方法高分子材料摩擦学 第2章 表面和接触
高分子材料与材料摩擦学的研究
高分子材料与材料摩擦学的研究摩擦是一种常见的物理现象，它发生在两个物体表面接触时，由于相对运动而产生的阻力。
在工程应用中，摩擦现象的控制和减少是至关重要的，特别是在高分子材料与材料摩擦学的研究中。
本文将探讨高分子材料与材料摩擦学的研究成果和应用前景。
高分子材料是一类由重复单元组成的大分子化合物，具有独特的物理和化学性质。
它们广泛应用于各种领域，如塑料、橡胶、纤维等。
在实际应用中，高分子材料摩擦产生的摩擦力和磨损率是需要考虑的关键因素。
因此，研究高分子材料的摩擦学特性对于合理设计和改进材料性能具有重要意义。
在高分子材料与材料摩擦学的研究中，研究者主要关注以下几个方面：首先是摩擦与磨损机制的研究。
高分子材料的摩擦与磨损机制与传统材料有所不同。
高分子材料由于其特殊的结构和性质，在摩擦过程中会发生切削、磨粒磨损、热磨损等现象。
研究这些机制有助于深入理解高分子材料摩擦学的本质，并为减少摩擦和磨损提供依据。
其次是改善高分子材料的摩擦性能。
通过添加润滑剂、强化材料表面以及优化制造工艺等方法，可以改善高分子材料的摩擦性能。
例如，在塑料制品中添加润滑剂可以降低摩擦系数，减少磨损率。
此外，采用聚合技术和复合技术等新方法，可以增强高分子材料的摩擦特性，提高其使用寿命。
第三是利用高分子材料的摩擦性能开发新的应用。
高分子材料的摩擦学特性广泛存在于工程应用中。
例如，在汽车制造领域，高分子材料被广泛应用于制动系统的制动片、轮胎的胎面、传动系统的密封件等部件中，其良好的摩擦性能可以提高系统的可靠性和效率。
类似地，高分子材料的摩擦学特性也在润滑油、塑料制品、医疗器械等领域发挥着重要作用。
总体而言，高分子材料与材料摩擦学的研究具有重要的理论和实际意义。
在未来，随着高分子材料的不断发展和应用领域的扩大，对其摩擦学特性的研究将变得越来越重要。
通过深入研究高分子材料的摩擦学特性，可以为现代科技和工业的进步提供新的方向和方法。
然而，高分子材料与材料摩擦学的研究仍存在一些挑战和难题。
摩擦学知识点总结
摩擦学知识点总结摩擦是指两个表面之间的相对运动受到的阻力。
摩擦学是研究摩擦现象的科学，涉及到力学、材料学、表面科学、润滑学等多个学科的知识。
摩擦学的研究对于工程和日常生活都有着重要的意义。
本文将就摩擦学的一些重要知识点进行总结，包括摩擦力的产生机制、摩擦系数、摩擦的影响因素、摩擦的应用以及摩擦的减小等内容。
一、摩擦力的产生机制摩擦力的产生是由于两个表面之间的微观不平整的凸起和凹陷之间发生了相互作用。
当两个表面接触时，由于其不光滑的表面，导致表面之间存在着局部的微小接触点。
在这些接触点处，由于原子和分子之间的相互吸引力和斥力，产生了摩擦力。
这种微观不平整的表面结构导致了摩擦力的产生，这也是为什么光滑的表面摩擦力更小的原因。
二、摩擦系数摩擦系数是用来描述两个表面之间摩擦性质的参数。
通常用符号μ来表示。
摩擦系数的大小取决于两个表面之间的物理性质以及表面之间的状态。
通常来说，摩擦系数分为静摩擦系数和动摩擦系数。
静摩擦系数是指在两个表面相对静止的情况下，需要克服的摩擦力与正压力之比。
而动摩擦系数是指在两个表面相对运动的情况下，需要克服的摩擦力与正压力之比。
摩擦力与正压力之比就是静摩擦系数或者动摩擦系数。
摩擦系数是一个重要的物理量，不同材料之间的摩擦系数差异很大，所以在工程设计和实际应用中需要根据具体情况来选择合适的摩擦系数。
三、摩擦的影响因素影响摩擦的因素有很多，主要包括：1. 表面形状和粗糙度：表面的形状和粗糙度对摩擦力的大小影响很大。
通常来说，表面越光滑，摩擦力就越小。
2. 正压力大小：正压力越大，摩擦力也就越大。
正压力是指两个表面之间的垂直于接触面的力。
3. 材料的性质：不同材料之间的摩擦系数是不同的，材料的硬度、弹性模量、表面粗糙度都会影响摩擦力的大小。
4. 温度：温度的变化也会对摩擦力产生影响。
一般来说，温度升高会使摩擦力减小。
5. 润滑情况：润滑剂的使用会减小摩擦力，从而减小磨损和能量损失。
四、摩擦的应用摩擦力是一种普遍存在的力，它在我们的日常生活和工程实践中都有着广泛的应用。
第二章--高分子材料的表界面
在晶体熔化过程中，表面张力要发生突变。
玻璃化转变：二级相变
在玻璃化转变中，表面张力不发生突变。
12
σ与T关系外推法缺点
没有考虑聚合物相变的影响。随着温度的升高，非晶态的聚合物可以 从玻璃态转变为高弹态，晶态高聚物可从结晶态转变为熔融态。在相 变的过程必然会影响到表面张力的变化。
13
●麦克劳德（ Macleod ）方程：
0n
ρ为密度，n为常数
lognlog A
14
0n
微分
dn0n1d
dT dT
n0d nd T
1 V
V1(V/T)p
dn
(6-6)
T
α为等压热膨胀系数
15
3.1.2 表面张力与分子量的关系
●高聚物的性能与分子量的关系 性能：如玻璃化转变温度、热容、比热、热膨胀系数、折射 率、拉伸强度等。
6
● Ramsay和Shields的修正： 以（ TC -6 ）来代替TC ，即：
V 2 /3 K (T C T 6 ) (6 -2 )
对于许多液体来说，常数K基本上不变，其值约为 2.1×10-7J/℃
对于液态聚合物，σ与T的关系？
7
液态高聚物的表面张力随温度的变化也呈线性关系
8
● Guggenheim曾提出表面张力与温度的关系的经验式：
●接枝共聚物情况与嵌段共聚物相似，但表面张力减少的程度则轻一 些
35
36
3.1.6.3 共 混
在均聚物共混中，低表面能的组分在表面上被优先吸附， 使体系表面张力下降。氧化乙烯和氧化丙烯均聚物的 共混结果如图6所示，
随低表面能氧化丙烯 均聚物的增加，共混 体系的表面能明显下 降，而且这种行为随 分子量的增加而加剧。
摩擦磨损原理 2 固体表面接触
固体表面的接触力学
根据固体表面的接触特点，通常可将固体 表面的接触问题分为点接触和线接触两种情况 加以讨论。而根据外加载荷的大小或变形是否 可逆，固体表面的接触又有弹性接触和塑性接 触之分。此外，还可根据外加载荷的方向，将 固体表面的接触问题分为单一法向载荷、单一 切向载荷和法向 -切向载荷联合作用等情况加以 讨论。
2 2
2R2 0.407 ln a
小结
1、定义了表面粗糙度的指标Ra、Rq、 Rz、Ry；
2、轮廓高度分布的概率密度函数和轮 廓的支承面积曲线；
3、固体表面接触——Hertz公式 4、分析了实际粗糙表面的接触。
2 固体表面接触
摩擦、磨损及润滑是在金属的表面进行的，
因此了解和研究固体表面的接触及其基本原理
是解决摩擦学各种问题的基础。例如，在计算
摩擦力时要知道实际接触面积的大小，在进行 摩擦和磨损机理的探讨时要考虑到接触的性质。 如果不了解两个固体表面接触时的情况，就无 法搞清摩擦和磨损的实质。
固体表面的接触过程
接触区为圆形，其半径为 ：
3WR a 4E
2
1 3
W
3WR Ae a 4E
2 3
Ae kW
2 3
W
其中：
R----当量曲率半径；
E----复合弹性模量。
1 1 1 R R1 R2
1 1 1 E E1 E2
P( z d ) f ( z )dz
d
设表面单位名义面积上具有η个微凸体，则接触点数量 n 可表示为：
n f ( z )dz
d
由于任何微凸体的法向接近量为(z-d) ，总的实际接触 面积 ：
摩擦学与表面技术研究
摩擦学与表面技术研究第一章概论摩擦学与表面技术是机械设计与制造中非常重要的一个领域。
摩擦学研究了物体间的摩擦、磨损及润滑等现象，而表面技术则探讨了如何通过表面工艺的改变来提高材料的性能。
在机械制造中，这两个方面的研究对于提高机件效率、延长机器寿命、节约能源等方面有着至关重要的作用。
在本文中，我们将分别介绍摩擦学和表面技术的相关知识。
第二章摩擦学摩擦学是研究两个物体接触后互相阻碍相对运动，并伴随着能量的损失的现象及其机制。
摩擦学主要包括三个方面：实验摩擦学、理论摩擦学和应用摩擦学。
实验摩擦学是通过实验手段来研究摩擦学现象的一门学科。
实验摩擦学经常需要进行的试验包括摩擦系数测定、磨损实验、润滑实验等。
在试验摩擦学中，科学家们研究了很多现象，如摩擦系数的变化规律、表面形貌的影响、润滑膜的形成及断裂等。
这些实验研究为发展理论摩擦学打下了坚实的基础。
理论摩擦学是指通过数学和物理方法来研究摩擦学现象的一门学科。
理论摩擦学可以分为微观和宏观两个方面。
微观理论摩擦学主要研究物体表面的原子层级接触和摩擦机理，包括材料的力学性质、表面电荷的分布、几何形态等。
而宏观理论摩擦学则侧重于宏观力学现象的研究，如不同材料之间的摩擦现象、低温下的摩擦等。
应用摩擦学是通过理论和实验研究来解决实际工程问题的应用研究。
应用摩擦学涉及的范围很广，如机械制造、摩擦密封、磨料磨损、润滑和摩擦材料等。
应用摩擦学在实际中有着广泛的应用，提高了机械制造的效率和质量。
第三章表面技术表面技术是指通过表面工艺对材料表面进行改进的一门学科。
表面技术的目的是改善材料表面功能，提高其机械性能和化学性能，从而满足不同的工程需求。
表面技术包括表面涂层、表面改性和表面管理。
表面涂层是指在材料表面形成一层功能涂层，以提高材料的性能。
表面涂层可以是金属涂层、陶瓷涂层或者有机涂层等。
例如，通过表面涂层可以增加零件的抗磨损性、耐腐蚀性和防护性等。
表面改性是指通过物理或化学方法改变材料表面的物理结构和化学成分，以提高材料的性能。
第二章_高分子材料自润滑减摩机理和耐磨机理-2
第二章_高分子材料自润滑减摩机理和耐磨机理-2第二章高分子材料的磨损与耐磨机理一、高分子材料的磨损形式高分子材料的磨损十分复杂，关于磨损的分类并不统一，我们主要可以概括为以下几种磨损形式：粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损和塑性变形磨损。
常常一种磨损发生后诱发其它形式的磨损，在实际磨损中通常是几种类型的磨损同时存在。
1．粘着磨损（Adhesive Wear）（1）粘着磨损理论上世纪八十年代，一系列关于高分子断裂及粘着的综述相继出版，这些研究成果使我们能够提出高分子脱离过程中的银纹（微裂纹）理论，从而使预测、关联相关试验结果成为可能，如在什么条件下高分子能够与一个坚硬的固体发生或强或弱的粘着。
这一理论可以用于高分子的磨损。
实际上，它可以同时用于解释磨损中的粘着及粘着中的磨损。
当紧密接触表面发生相对滑动时，在粘着表面产生许多银纹，银纹的空洞由原纤连接，其发展到一定程度会转换为裂纹。
通常认为裂纹扩散所需的能量由原纤的拉伸所消耗。
当原纤被拉断并回缩，会释放出弹性能，形成真正的裂纹。
银纹的增厚过程有两种机理。
一种认为是一定质量的原纤被拉伸引起（C Kramer认为这是一个蠕变机理）。
另一种是表面拉伸机理，认为高分子由高分子体中拉伸出来，构成原纤，使原纤的质量不断增加。
当银纹达到一定厚度时，增厚机理会由表面拉伸转化为一定质量下原纤的蠕变。
银纹的增厚机理由环境和高分子的组成及特性如分子量、分子链的缠结程度而改变。
（2）粘着磨损的基本特征及其影响因素作用在固体接触表面间的粘着是摩擦学领域中的一项重要内容。
具体来说，它对滑动摩擦、磨损以及润滑等起着很重要的作用。
粘着磨损过程是在外力作用下，摩擦接触的表面其材料分子或原子间形成显微熔接和分离过程。
宏观光滑的表面，从微观尺寸看总是粗糙不平的。
当两个表面接触时，接触的将只是表面上的一些较高微突点。
它们承受着整个载荷，以致使许多微突点发生塑性变形，并更紧密地接触。
在这种条件下，这些紧密接触的微突点表面原子间将发生相互作用，使两个表面微突点粘着、焊合。
第二章 表面性质与表面接触
2.2 表面吸附与表面氧化 Surface Adsorption and Surface Oxidation
2.2.1 金属表面性质 The Metal’s property 金属及其合金都是由原子或分子组成的，金属的性能不但取决于其组成的原子的本性 和原子结合键的类型，而且还取决于原子的排列方式。 固态金属的规则排列的原子称为晶体结构，其基本排列形式有体心立方晶格、面心立 方晶格和密排六方晶格等三种，如表 2-4 所示。体心立方晶格的金属有铁（α-Fe） 、铬(Cr)、 钼(Mo)、钨(W)、钒(V) 等。面心立方晶格的金属有铁（γ-Fe） 、铜(Cu)、铝(Al)、镍(Ni)、铅 (Pb) 等。密排六方晶格的金属有镁(Mg)、锌(Zn)、镉(Cd)、铍(Be) 等。 表 2-4 金属晶体结构与滑移系
2
校公共选修课《摩擦学》讲稿， 材料学院孙建林 Sun-jl@
波纹偏差又称波纹度， 是被加工金属表面周期性出现的几何形状误差， 通常用波距与波 高表示。 （3） 表面粗糙度 表面粗糙度又称微观表面粗糙度， 是指表面微观几何形状误差。 国家标准 GB/t131-1993 规定了表面粗糙度的代号、符号及其标注方法。 形状偏差 + 波度偏差 + 表面粗糙度 ‖ 实际表面形貌
5
测量仪器
校公共选修课《摩擦学》讲稿， 材料学院孙建林 Sun-jl@
光学显微镜 干涉显微镜 反射电子显微镜 表面轮廓仪
0.25~0.25 0.25 0.005 1.35~1.5
0.18~0.35 0.025 0.005 0.005~0.25
图 2-4 为使用表面轮廓仪测量的不锈钢板表面轮廓图形，表 2-3 为该表面粗糙度各参数 测量结果。
图 2-1 金属表面显微形貌
摩擦学的研究与应用
摩擦学的研究与应用第一章摩擦学的基础概念摩擦学是机械工程的一个分支学科，研究物体之间相互作用力的特性和规律。
在现代工业生产和日常生活中，摩擦是不可避免的。
因此，理解和控制摩擦成为降低能量损失、提高机械效率和稳定性的关键。
摩擦可分为干摩擦、润滑摩擦和粘着摩擦三种。
干摩擦是指在无润滑条件下的摩擦，物体表面间直接相互接触而产生的摩擦力。
润滑摩擦则是在物体表面间插入合适的润滑剂，以使物体表面间接触，减小摩擦力的一种摩擦。
粘着摩擦则是指物体表面间出现的一种间接摩擦，例如吸附、化学反应过程等。
第二章摩擦学的研究方法摩擦学的研究方法主要有试验研究和理论研究两种。
试验研究是对不同材质、不同接触条件下作用力、摩擦力、表面变形、表面磨损等进行实验测量，从而研究摩擦学规律。
而理论研究则是采用数学模型，通过对摩擦力、表面变形、表面磨损等进行分析、推导，从而探究摩擦过程的本质规律。
常用的摩擦试验仪器有摩擦副试验机、转动摩擦试验机等。
然而，由于摩擦过程十分复杂，无法通过单一的试验方法完全揭示其规律。
因此，研究摩擦学必须综合应用多种试验方法，如红外光谱、电子显微镜、原子力显微镜等。
第三章摩擦学的应用摩擦学在生产和日常生活中有广泛的应用。
在工业生产中，研究摩擦学规律是提高机械制造工艺和产品质量的重要手段。
例如，在汽车工业中，人们通过涂覆表面润滑剂或使用液压升降器、减震器等装置，有效地降低了摩擦力、延长了试验机器的寿命。
在机械加工过程中，更是广泛应用于干式切削、高速切削、摩托车启动器、机械密封等领域。
此外，摩擦学还被应用于运动学领域。
在竞技运动中，摩擦与运动员体能、运动装备的接触有着密切的关系。
例如，针对冰上运动的摩擦力学研究，在保持足够附着力的同时减小空气阻力，从而提高滑行轨迹和速度。
总之，摩擦学作为一门交叉性强的学科，对于提高生产效率、保障生活安全、提升机械性能等领域都有着重要的意义。
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表面：指两相间的边界物质，其中相的定义是“具有明 确的物理边界、区别于其他物质系的均一部分”。 实际存在的固体表面并不是象镜面一样简单的平面, 它具有复杂的形状和表面性质。 2.1 表面形貌 2.2 表面结构 2.3 接触和变形
3
illustration of a regular wavy surface texture
轮廓峰的平均曲率 为取样长度!内全部轮廓峰顶处 半径（代号"#$%） 的曲率半径平均值
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2.1表面形貌-典型测量方法
测量方法 光学显微镜 光轮廓 斜剖面 干涉显微镜 复光束干涉 反射电子显微镜 电子显微镜 表面轮廓仪 分辨率μm 横向 0.25~0.35 0.25 0.25 0.25 5 0.03~0.04 0.005 1.3~2.5 纵向 0.18~0.35 0.25 0.025 0.025 0.005 0.002~0.008 0.0025 0.005~0.25
断面曲线 波动起伏线
标准长度!
平均线
粗糙度曲线
➣沿着与测定面成直角的面将表面切断，切口的轮廓被称为断面曲线。 ➣除去断面曲线中的波长较长的表面起伏，即可得到粗糙度曲线。 ➣如果去除波长较短的表面粗糙度成分，则可以得到波动起伏线，这根线 直线化后即得到平均线。
7
2.1表面形貌-轮廓曲线的高度特征
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3.1.1摩擦基本原理-摩擦的分类
分类方法 摩擦形式 内摩擦 静摩擦 运动形式 动摩擦（滑动摩擦、滚动摩擦、滚滑摩擦） 干摩擦 润滑状态 边界摩擦 润滑摩擦 摩擦材质 工况条件 特殊工况（高低温、高低压、辐射、真空、腐蚀介质、失重等）
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摩擦的分类 外摩擦
金属-金属、金属-非金属、非金属-非金属等 常见工况（常温、常压、环境介质等）
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2.2表面结构-与摩擦的关系
实例：边界润滑-极压添加剂原理
化学反应膜 润滑油中的极压、抗磨添加剂一定条件下与金属表 面起化学反应而生成的表膜，称为化学反应膜
添加剂必须具有化学活性，金属表面也必须为可反应型。与吸附膜不同，化学反应膜 是添加剂中的硫、磷等原子渗入金属表面，在表面一定深度范围内生成的硫化物、磷 化物等金属盐膜，而不是在表面以外以吸附方式覆盖的一层表膜
摩擦学材料研究方法 高分子材料摩擦学
第2章 表面和接触
吕仁国
2011-09-30
1
摩擦学（Tribology）：是研究相对运动的作用表面
之间的摩擦、磨损和润滑，以及三者间相互关系的理 论与应用的一门学科。
氧化膜
金属
吸附分子
载荷
滑动
金属-金属接触
金属 Model of a boundary lubrication
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2.3表面接触-Hertz接触
Hertz接触的前提条件： ❶发生接触的表面是无表面粗糙度的两曲面； ❷与两接触物体的全表面积相比，接触面非常小； ❸接触两物体是等质等大小； ❹负荷加在接触面的垂直方向上。
Hertz接触示意图(点接触下)
根据Hertz的应力解析理论，负荷W作用下曲率半径分别为R1、R2的两球(杨式模量分 别为E1、E2，波松比分别为ν1、ν2)接触时，接触部位为圆形且压力呈对称分布。 压力分布 接触圆半径 Hertz最大接触压力
金属
固体内部的 原子和分子 处于斥力、 引力的平衡 状态
➣与内部相比，表面原子和分子的周围有一半原子和分子被去掉，因而具有更高 的能量。 ➣加工过程会导致表面层的塑性变形，使其组织微细化，产生加工变质层。加工 变质层中存在很多错位、缺陷，且加工硬化(加工软化)过程也会产生残余应力， 因而表面处于化学不稳定状态。
3.1.1摩擦基本原理-摩擦的分类
摩擦形式
外摩擦：固体表面摩擦只与 接触表面的相互作用有关， 而与固体内部状态无关。 内摩擦：液体或气体中各部 分间的相对移动而发生的摩 擦。
滑动面上发生速度突变。 与滑动速度的关系随工况条件变化。 通 过 运 动 传 递 ， 发生能量转换。 滑动速为0，仍有静摩擦力。
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2.3表面接触
固体接触
接触状态
集中接触
!"#$% 提出以点接 触、线接触为代 表的集中接触下 的应力解析理论
面接触
!"#$%接触
分散接触
实际使用的工程表面都 具有一定的表面粗糙度， 不可能产生完全的直接 接触，即面接触状态在 实际中是不存在的，它 只是集中接触的分散存 在而已
接触问题不但与摩擦和润滑问题密切相关，也是热传导、电气接点、机械加工、塑性 加工等诸多实际工作中必须解决的一个重要课题。
两相互接触物体有相对运动或相对运动趋势必然导致摩擦。
摩擦力（Friction
force）：在外力作用下接触的两物体发生滑动和滚动
运动时,接触面上发生的阻碍这种运动的有方向性的力。
摩擦系数（Friction
荷)的比值。
coefficient）：摩擦力与垂直方向的作用力(负
➤严格意义上的干摩擦(dry friction)指的是完全洁净表面间的摩擦。 ➤在“表面”部分已经提到，存在于大气中的固体表面一般均覆盖有氧化物膜、吸 附膜、污染物膜等表面膜，无外加润滑剂条件下这种表面的摩擦也被称为干摩擦或 固体摩擦。
例如，在延性金属摩擦面下一般可以观察到向摩擦方向 的塑性流动和表面层硬度升高现象；高硬度材料的摩擦 面下一般观察不到这些现象，但在反复作用的摩擦力下 表面层内会聚集大量的残留应力。
摩擦除了造成材料表面物理特性的变化外，还会导致多种表面化学特性的变化， 例如活性点、晶格缺陷的出现、各种射线的放出等。这些化学特性的变化会导致 表面发生复杂的化学反应，从而进一步影响材料的摩擦和磨损特性。
接触中心变形量
平均接触压力
R和E
21
2.3表面接触-Hertz接触
接触圆周围 产生最大接 触应力
接触圆
表面的应力状态分布
Hertz断裂
摩擦力作用下的表面应力分布类似于左图，伴随着滑动过 程，摩擦力在接触边缘处产生很高的拉伸应力，增加了脆性 材料断裂的危险性。
22
2.3表面接触-分散接触
名义（几何）接触面积Aa：即接触表面的表观面积（Aa＝a·b）。
实际的摩擦面一般会受到反复不断的摩擦力作用。经过一段时间的跑合后，摩擦初期发 生塑性接触的摩擦面达到稳定状态，此后微凸体间的接触进入弹性变形范围，由微凸体 的弹性来支撑负荷，因此实际的摩擦磨损观察中必须要考虑表面粗糙度的影响。
24
2.3表面接触-分散接触
粗面接触的解析 ➣粗面接触的基本问题是表面微凸体的变形特性和微凸体顶点的分 布状态。 ➣如果已知表面微凸体的变形特性及其顶点分布状态，则可以用数 学方法一定程度地解析粗面接触，计算出真实接触面积和变形量。 随着计算手段的不断发展，通过测出的断面曲线利用计算机的模拟 手段有可能直接解析接触问题。但对于实际接触表面，由于影响接 触的因素众多，控制粗面接触的主要因素依然不很清楚。
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2.1表面形貌-轮廓曲线的高度特征
仅用高度特征来描述表面 轮廓对于摩擦学应用是不 够的，必须同时给出水平 特征的描述。如图所示， 四种表面粗糙度轮廓的 Ra，σ值都相同或接近， 但形貌完全不同，其摩擦 学特性也有很大不同
轮廓曲线的水平特征
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2.1表面形貌-轮廓曲线的水平特征
参 数 定 义 数学表达
increasingly magnified view of the fine scale roughness
4
2.1 表面形貌
工程上所使用材料的表面一般都是经过机械加工而形成的，因而根据 加工方法的不同而具有不同的特点。 从宏观到微观可以从下述的四个方面来表征表面特性： 轮廓形状(shape) 表面起伏(surface waviness) 表面粗糙度(surface roughness) 晶格结构(lattice structure) 摩擦表面的微观几何形貌对其摩擦磨损特性有重要影响。很多摩擦 学机理与表面形貌有关，对表面形貌的很多统计学参数将直接进入摩擦 学计算过程中，并成为表面加工质量的重要控制参数。当表面起伏相同 时，在工程上必须考虑的表面几何学特性是表面粗糙度。
12
2.1表面形貌-实例(激光显微镜）
13
2.1表面形貌-实例(AFM）
硬盘表面粗糙度：Ra=9.8Å, Rq=11.7Å （2000）
14
2.1表面形貌-粗糙度与摩擦的关系
机械啮合理论：
△W!
!!
△F!
认为摩擦起源于表面粗糙度。 摩擦系数 f=tanφ
5
2.1表面形貌
粗糙度 波纹度 形状误差
形貌仪测得的摩擦表面二维形貌
在摩擦学中，特别关心的是粗糙度。因为，
真实形状
通常观察研究的是微区视野，在这视野内， 粗糙度是视区尺寸的同级几何量，是表面的 自然与工艺特征，而波纹度与形状误差则是 可被忽略或理想化的宏观因素。
6
2.1表面形貌-表面粗糙度
表面的一维（直 线）特性
➣一般地，减小表面粗糙度可以 降低摩擦系数。 ➣但是超精加工表面的摩擦系数 反而剧增。
15
2.2表面结构
反应膜的上面不可避 免地覆盖有来自气体 和液体的吸附分子膜
加工变质层103 nm 污染物膜> 30 nm 吸附分子层0.3~3 nm 氧化膜10~20 nm
和环境气氛发生反应 而导致表面 ( 由其是金 属表面 ) 存在氧化物膜 或者其它化学反应膜
25
作
• •
业
请绘出金属表面结构的示意图 请阐述AFM测量表面粗糙度的工作原理
10.21 交
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摩擦学材料研究方法 高分子材料摩擦学
第3章 摩擦的基本原理
2011-10-08
27
3.摩擦的基本原理
➠ 摩擦及其分类 ➠ 摩擦理论 ➠ 摩擦温度 ➠ 滚动摩擦