工程摩擦学1
磨损及磨损理论
磨损及磨损理论
❖ 粘着磨损又称擦伤或咬合磨损。 ❖ 出现条件：相对滑动速度小，接触面氧化膜脆弱，
润滑条件差，接触应力大。 根据粘着点的强度和破坏位置不同，粘着磨损
一下五种不同的形式（五类典型粘着磨损） ：
(1)轻微磨损:
摩擦学基础知识 —磨损及磨损理论
磨损及磨损理论
第一节 概 述
任何机器运转时，相互接触的零件之间都将因相对运动而产 生摩擦，而磨损正是由于摩擦产生的结果。由于磨损，将造成 表层材料的损耗，零件尺寸发生变化，直接影响了零件的使用 寿命。从材料学科特别是从材料的工程应用来看，人们更重视 研究材料的磨损。据不完全统计，世界能源的1／3～1／2消耗 于摩擦，而机械零件80％失效原因是磨损。
粘着结合强度比摩擦副基体金属抗剪切强度都低，剪切破坏发生在 粘着结合面上，表面转移的材料较轻微。
此时虽然摩擦系数增大，但是磨损却很小，材料迁移也不显著。通常 在金属表面具有氧化膜、硫化膜或其他涂层时发生轻微粘着摩损。
(2)涂抹:
粘着结合强度大于较软金属抗剪切强度，小于较硬金属抗剪切强度。 剪切破坏发生在离粘着结合面不远的较软金属浅层内，软金属涂抹在硬 金属表面。这种模式的摩擦系数与轻微磨损差不多，但磨损程度加剧。
材料以极细粒状脱落，出现许多“豆斑”状凹坑。
宏观上光滑，高倍才能观察到细小的磨粒滑痕。
低倍可观察到条条划痕，由磨粒切削或犁沟造成。
存存在在压压坑坑，，间间或或有有粗粗短短划划痕痕，，由由磨磨粒粒冲冲击击表表面面造造成成
磨损及磨损理论
3. 表面破坏方式与机理对应关系
磨损及磨损理论
1.8磨损的评定
第一章 摩擦学基础知识(润滑)
三、润滑脂及其主要性能 • 组成：基础油+稠化剂+添加剂+澎润土 • 润滑脂的性能指标主要有针入度、滴点、析 油量、机械杂质、灰分、水分等
1）针入度 软硬程度 H(mm)/0.1
h
阻力大小、流动性强弱
标准锥体，150g，25 ℃ ，5s
2）滴点----固体 流体的温度转折点，表示耐热性 3）防水性能； 4）静音性能； 5）种类 A)钙基脂：抗水，适于轻中重载荷； B)钠基脂：高温，但不抗水； C)锂基脂：多用途，最好； D)铝基脂：高度耐水性，航运机械 E)其它特种润滑脂（特种合成油、添加剂、 稠化剂等）
五、添加剂 • 作用越来越大，在润滑脂、合成油中不加添加剂，
六、对润滑剂的要求
较低的摩擦系数 良好的吸附和渗入能力 有一定的黏度 有较高的纯度和抗氧化性 没有腐蚀性 有良好的导热性和较大的热容量
七、润滑装置 单体供油装置 油壶， 油杯，
油枪
油杯
压配式油杯
滴油式油杯
油芯式油杯
油环
油链
• 集中供油装置 a) 简单的少数点位集中供油 b) 设备中心、车间及工厂级集中供油 泵站+(稳压+冷却)+过滤+分配器+工位润滑
η t = η0 ( t0 / t )
m
2、润滑油的粘压特性
• 粘度和压力的关系近 似表示为:
η = η0 e
ap
粘温关系曲线
3、油性—反映在摩擦表面的吸附性能 油性 （边界润滑和粗糙表面尤其重要） 4、闪点—瞬时燃烧和碳化的温度； 闪点 燃点—长时间连续燃烧的温度（高温性能）； ； 燃点 5、凝点—冷却，由液体转变为不能流动的临界 凝点 温度； (低温启动性能) 6、极压性（EP）, 在重压下表面膜破裂的最大 极压性（EP） 接触载荷，用PB表示，(极限载荷） 7、酸值—限制润滑剂变质后对表面的腐蚀 酸值
一 摩擦学基础
摩擦学基础(l)近年来，摩擦学研究在物理学、材料学、机械工程学等领域取得了重要进展，成为应用广泛、理论基础扎实的学科。
本论文将从基础理论入手，系统介绍摩擦学的基本原理、研究方法和应用现状。
一、摩擦学的基本原理摩擦是物体相对运动时，由于接触面间互相作用而产生的阻力。
摩擦力的大小与接触面间的压力、材料性质等因素有关。
在物体相对运动状态下，摩擦力始终与运动方向相反，这是摩擦学的基本特点。
实际上，摩擦力不仅与运动状态有关，还与接触面之间的相互作用力密切相关。
摩擦力的大小、方向和稳定性均可由接触面微观结构的特点决定。
例如，当两个光滑的硬表面相互接触时，由于表面微观结构的特殊性质，摩擦力可近似为零；而两个粗糙的表面接触时，则有较大的摩擦力产生。
二、摩擦学的研究方法为了更好地研究摩擦学，我们需要寻找摩擦力的特点，从而确定相应的研究方法。
目前，常见的研究方法如下：（1）摩擦学实验。
该方法通过建立摩擦学模型，模拟实际摩擦条件，通过实验观察和测试，研究摩擦学中的影响因素、作用原理及其宏观特征。
（2）摩擦力理论分析。
该方法通过力学、热力学和统计物理等理论方法，建立数学模型，推导摩擦力公式，研究摩擦力大小、方向和稳定性等性质。
（3）摩擦学表征技术。
该方法通过各种表征手段，如扫描电镜、电子探针、拉力试验机等，分析和表征摩擦学中的微观特征，研究摩擦学行为和机制。
三、摩擦学的应用现状摩擦学的应用领域广泛，包括机械工程、材料工程、表面学、纳米技术及生物医学等。
其中，摩擦学在机械工程领域中的应用尤为广泛，如锅炉、汽车、机床等领域，均需要摩擦学研究的支持。
同时，在材料工程领域，稳定的摩擦是材料性能评价的关键。
总之，摩擦学的研究和应用对于各行各业都具有重要的意义，这一学科的发展必将推动现代技术和工业的进步。
同时，我们也期望今后能有更多的研究工作者加入到这一学科的研究中来。
在表面学领域，摩擦学可应用于摩擦学表征技术、自润滑材料的设计和表面改性等方面。
摩擦学理论研究及其在材料设计中的应用
摩擦学理论研究及其在材料设计中的应用摩擦学是一个涉及到机械、材料、化学等多个学科领域的研究方向，其探讨的是接触面发生滑动或相对运动时发生的摩擦过程及其相关现象和规律。
摩擦学在材料科学、机械工程、能源、环保等领域都有广泛应用。
摩擦学理论的发展始于17世纪末，当时的研究主要集中在摩擦力的测量和控制，以及摩擦副表面机理的本质探究。
到了20世纪，随着科技和工业的飞速发展，对于摩擦的研究也更趋理论化和系统化。
今天，摩擦学研究已经达到了一个高峰，其涉及到的新材料、新工艺和新技术也愈加精细和成熟。
材料设计中的应用材料科学中，摩擦学理论被广泛应用于材料设计中，以提高材料的性能。
例如，汽车发动机中的润滑油，就是为了减小发动机零部件之间的摩擦而使用的。
摩擦学可以帮助工程师设计合适的材料和表面涂层，在不同的应用环境下，使摩擦损失降至最小。
此外，摩擦学在材料研发和测试中也有很重要的地位。
首先，摩擦学理论可以帮助人们理解材料表面之间的相互作用和碰撞过程。
这种理解可以帮助人们开发新型材料，提高材料的机械性能和耐磨性能。
当新材料面世时，人们还可以通过摩擦学实验，测试其在不同环境下的摩擦性能、耐磨性能等指标，并根据实验结果进行相应的改进和优化。
其次，摩擦学理论可以帮助人们分析材料在使用中产生的摩擦和磨损现象。
这种分析可以帮助人们了解材料的损伤过程，以及使用寿命和安全性的变化情况。
通过摩擦学分析，人们可以准确地预测材料的磨损和损伤过程，以便对其进行维护、保养或更换。
同时，摩擦学分析也可以帮助人们探究材料的成分和结构，从而揭示材料性能的内在规律。
最后，摩擦学理论可以帮助人们实现材料的可持续发展和环保。
例如，通过摩擦学研究可以减少公路交通中的摩擦损失，以提高燃油经济性和减少环境污染。
此外，在电池材料的研究中，摩擦学也可以帮助人们了解电池材料之间的电化学反应、摩擦特性和磨损规律，从而开发更高效、更安全、更环保的电池材料。
结论摩擦学理论的研究和应用取得了巨大成就，其在材料设计、机械工程、环保、能源等领域得到了广泛应用。
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。
机械结构的摩擦学与表面工程技术
机械结构的摩擦学与表面工程技术摩擦学是研究物体之间相对运动时的力学现象和规律的学科，而机械结构中的摩擦学则是将其应用在机械系统中，以提高运动性能与寿命。
而表面工程技术则是为了改善材料表面的性能而进行的一系列工艺技术和处理方法。
机械结构的摩擦学与表面工程技术在现代工程领域起着不可忽视的作用。
一、摩擦学的基本原理与应用1.1 摩擦力与摩擦系数摩擦力是物体在相对运动时所受到的阻碍力，摩擦系数则是描述物体之间摩擦力大小的参量。
摩擦力对机械系统的性能和寿命有着直接影响，因此减小摩擦力是提高机械系统效率的关键。
为了有效地减小摩擦力，我们需要了解不同材料之间的摩擦系数，并通过表面工程技术对材料进行改良。
1.2 润滑与磨损润滑是减小摩擦力的常用方法，通过在物体之间形成润滑膜，可以减少摩擦力和磨损。
在机械结构中，常用的润滑方式包括干摩擦、润滑油膜、固体润滑材料等。
此外，针对高温和高速运动的机械系统，还可以采用液体金属润滑等先进的润滑方式。
1.3 动摩擦学与静摩擦学动摩擦学和静摩擦学是摩擦学中的两个重要分支。
动摩擦学研究物体在相对运动时的摩擦现象和规律，而静摩擦学研究物体在静止时的摩擦现象和规律。
了解动摩擦学和静摩擦学的原理与特点，对于优化机械结构和提高机械性能非常重要。
二、表面工程技术的应用与发展2.1 表面硬化技术表面硬化技术是通过改变材料表面的组织结构和化学成分，使其表面具有较高的硬度和抗磨损性能。
常用的表面硬化技术包括淬火、渗碳、涂层等。
表面硬化技术不仅可以提高材料的机械性能，还可以延长材料的寿命。
2.2 表面涂层技术表面涂层技术是一种通过将特定材料涂覆在基材表面，以改善材料性能的方法。
常见的表面涂层技术包括电镀、喷涂、镀层等。
通过表面涂层技术，可以增强材料的耐磨性、耐腐蚀性和耐高温性能，从而提高机械结构的寿命和性能。
2.3 表面处理技术表面处理技术是通过改变材料表面的形貌和结构，以提高其摩擦学性能的方法。
高中物理必修一课件摩擦力
实验器材准备和操作步骤
• 实验器材：斜面、滑块、弹簧测力计、细线、刻度尺、天平、砝码等。
实验器材准备和操作步骤
02
01
03
操作步骤
1. 将斜面固定在水平桌面上，调整斜面的倾角，使滑 块能沿斜面匀速下滑。 2. 用天平测量滑块的质量m，并记录数据。
数据处理、误差分析及结论
结论：通过本实验，我 们可以得出以下结论
1. 滑动摩擦力与正压力 成正比，即f=μN，其 中μ为滑动摩擦系数。
2. 滑动摩擦系数与接 触面的材料、粗糙度、 温度等因素有关。不同 材料的接触面具有不同 的滑动摩擦系数。
3. 通过实验测量和数据 处理，我们可以得到较 为准确的滑动摩擦系数 值，为工程应用和科学 研究提供参考依据。
摩擦力分类
根据摩擦力的性质，可将其分为滑动摩擦力和静摩擦力两大类。
滑动摩擦力与静摩擦力区别
滑动摩擦力
当一个物体在另一个物体表面上滑动时，会受到阻碍它滑动 的力，这种力叫做滑动摩擦力。滑动摩擦力的方向与物体相 对运动方向相反。
静摩擦力
当两个物体没有相对运动，但有相对运动趋势时，它们之间 的接触面上会产生一个阻碍它们相对运动趋势的力，这种力 叫做静摩擦力。静摩擦力的方向与物体相对运动趋势的方向 相反。
大小
滑动摩擦力的大小与正压力成正比，比例系数称为动摩擦因数，用公式 表示为$f = mu N$，其中$f$为滑动摩擦力，$mu$为动摩擦因数， $N$为正压力。
方向
滑动摩擦力的方向与物体间相对运动的方向相反，总是阻碍物体间的相 对运动。
03
计算方法
根据滑动摩擦力的公式$f = mu N$，可以计算出滑动摩擦力的大小。
第四章摩擦、磨损及润滑概述§4―1摩擦学发展概况§4―2
机械设计教案（68）第四章 摩擦、磨损及润滑概述大纲要求：了解机械零件的润滑状态；了解机械零件的摩擦与磨损规律；掌握常用润滑 材料和润滑方式；了解常用密封方法和密封件的性能与选用。
（2＋1 学时） 重点内容：机械零件的摩擦状态、磨损规律。
常用润滑油和润滑脂的主要性能指标及选 用原则。
常用润滑方式。
常用密封方法。
常用密封件的性能及选用。
§4―1 摩擦学发展概况Jost 的报告，Tribology诞生，摩擦学研究得到世界各国的广泛重视，成果丰硕。
§4―2 摩擦静摩擦 滚动摩擦摩擦 摩擦 干摩擦动摩擦 滑动摩擦 边界摩擦流体摩擦 混合摩擦边界摩擦 流体摩擦 混合摩擦膜厚比λ≤ 1 λ ＞ 3 1 ≤λ≤ 3F.P.Bowden ,Tabor在 1945年提出摩擦的粘着理论，1963 年又进一步提出修正的粘着 理论。
目前可以解释很多摩擦现象。
边界摩擦理论认为：边界膜 吸附膜 物理吸附膜 （靠润滑油中的极性分子形成――油性）化学吸附膜 （靠润滑油中的化学键结合形成）反应膜（靠润滑油中的 S、P、Cl等与金属表面的化学反应形成――极压性）维持边界膜是相互运动的摩擦表面所必需的，否则将会产生剧烈摩擦。
吸附膜 只在较低温度下存在。
反应膜 只在较高温度下（通常 150 o C～200 o C)才能生成。
反应膜牢固，但有腐蚀性。
添加剂的合理应用 ，见图4－10流体润滑（液体润滑） 动压液体润滑 （滑动轴承中讲述）静压液体润滑§4―3 磨损磨损的一般规律 ，图 4－6 ――磨合阶段、稳定磨损阶段、剧烈磨损阶段 跑合（磨合）的重要性――有合适的磨合期，按一定的规程进行缓慢、逐级加载，并注 意润滑油的清洁，防止磨粒磨损。
磨损按其机理可分为：粘附磨损磨粒磨损机械设计教案（68）疲劳磨损冲蚀磨损（流体磨粒磨损和流体侵蚀磨损）腐蚀磨损（机械化学磨损）§4－3 润滑剂、添加剂和润滑方法（一）润滑剂1．润滑油润滑油的种类润滑油的主要性质指标：⑴ 粘度――表征润滑油流动时的内部阻力。
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1.3 Today and future of tribology
二、摩擦学的发展趋势
1．微观摩擦学 2．特殊工况下的摩擦学 3．环境友好摩擦学 4．摩擦学失效与表面工程 5．摩擦学设计
计算机、微机电系统等。先进 试验、检测、分析仪器设备,纳 米材料、纳米技术. 高速、高载、超高温、超低温、 高真空、强辐射及各种外场作用 的摩擦学问题. 兼容润滑剂及环境友好润滑技术 高性能润滑材料和摩擦学表面工 程技术。
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1. 学习与工作简历 2. 研究领域
1.2 History of tribology 1.摩擦生热现象，即钻木取火的应用 2.润滑剂减少搬运的阻力
2018/10/22
1.2 History of tribology
3.古典摩擦定律 1)17-18 世 纪 - 法 国 阿 蒙顿和库伦 : 摩擦系数 :0.25 2)Newton(1642—1727)首先提出粘性液体流动定律； 1883年俄国被得罗夫提出了有润滑的两同心圆柱体间的摩 擦力计算公式;1886年英国的O.Reynolds建立了润滑膜中 压力分布的微分方程，为润滑技术奠定了理论基础。 3)1949年苏联格鲁宾提出了弹性液体动力润滑理论。英国 D.Dowson和黑金森提出油膜厚度的公式.边界润滑、静压润滑、 润滑剂等.
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二、摩擦学的应用及研究内容
除各种机械传动中的摩擦、磨损、润滑、密封问 题外，如机械制造中的切削、冲压、挤压、拉丝、 铰孔、轧制等成型过程，交通运输中对路面、轮 胎制动、刮水等的要求，以及建筑工业中的层压 结构、海洋工程中的潜水设备等，都有大量的摩 擦学问题。人类关节的摩擦与润滑的研究，已为 因关节丧失活动能力的病人提供了医治的途径。 固体的表面性质、接触力学、摩擦磨损的 机理和规律，流体和非流体润滑理论，特 殊条件下的润滑问题，轴承和支承表面工 程。润滑剂及减摩、耐磨、摩阻材料，以 及摩擦、磨损、润滑的试验、检测和监控 技术等方面。包括表面物理、表面化学、表面
Outline
1.Introduction
1.1 Lecturer
1.2 History of tribology
1.3 Today and future of tribology 1.4 Significance and content of tribology
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一、主讲教师简介
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1.2 History of tribology
摩
“研究相互接触、相对运动表 面的科学及相关技术，包括研究 摩擦、磨损与润滑”，一门独立 的学科——摩擦学建立. 1973年在伦敦举行了第一届欧洲摩擦学会议，并成立了国际 摩擦学会. 1979年成立了全国摩擦学会. 《摩擦学学报》、《密封与润滑》
摩擦学系统为时变系统。在概念设计和方案 设计时予以考虑.大量的摩擦学知识与技术 获取,研究工作任重而道远。
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1.4 Significance and content of tribology
一、研究摩擦学的意义
1．能源保护的科学
世界上能源的1／3-1／2最终以各 种方式表现为摩擦的损失，近一半 由于摩擦而白白浪费掉，这是一个 十分可观的数字. 现在机械产品在国际市场上的竞争 力，都是以效率高、精度保持性好、 使用可靠、寿命长为号召的，这些 要求大部分与摩擦学设计有关。
1) Cast iron alloy: ADI, Gray Cast Iron. 1) Bachelor Degree: 1978-1982, School of Materials HUST 2) Composites: Al Matrix, Ceramic Matrix, Cermets 2) Master Degree: 1982-1985, School ofLaser Materials HUST 3) Welding: High Temp. Brazing alloy, welding, RW 3) School of Materials HUST 4) PhD: Rapid2000-2006, Manufactur.: Metal Free forming + Fine Milling 4) Scholar::2006-2008, of ME, UW, CA 5) Visiting Nanotechnology DischargeDept Reaction Synthesis 5) Nanopowders, Teaching curricular Nano: Composite Powders Metal Science and Heat Treatment, Thermal-Electrical, 6) Solar Energy: Optical-Electrical, Welding Metallurgy, Heat Transportation of Welding Solar Energy Car. Metalworking Process, Mech. Manufacturing Process Communication: Email-zhoushiquan@ Tel-13628613980, 87792417
2．工业技术发展的需要
3．具有重大的经济意义
美国仅在运输、发电、工业生产等几个领域，依靠摩擦学技术一年即 可节约18亿美元(1976年) 。我国工业方面应用摩擦学知识每年有可 能节约的潜力为176亿元人氏币(1984年)，约占国民经济年总产值的 1．37％。通过摩擦学的应用来节能、节材，确是大有可为的.
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1.3 Today and future of tribology 原子力显微镜(AFM)和摩擦力显 一、摩擦学研究现状 微镜(FFM)等-研究摩擦的起因； 粘着和磨损的化学效应；空气摩 擦理论、技术及产品;磨损图的建 1．摩擦与磨损 立。摩擦学热效应,摩擦学材料. 弹性流体动压润滑,流体动压润滑的机 2．润滑方面 理。深化了表面形貌对润滑有效性影响 的认识。研制了润滑剂、涂层和自润滑 材料“零磨损”效应的各类添加剂. 3．表面工程 物理气相沉积、化学气相沉积和离 子注入技术-金刚石膜和类金刚石碳 膜涂层(DLC涂层)、减摩的Pb— Sn—Cu三元涂层.