第2章固体的表面性质.pptVIP

第二章 固体的表面性质 固体表面---金属加工表面---摩擦学特性、润滑机理基础 摩擦学研究基础：1、表面形貌和表面组成 2、表面接触的力与变形;一、表面的几何形状特征 1、微观几何形状误差 加工过程固有误差引起表面对设计要求的形状偏差,用表面波纹度、表面粗糙度描述 2、表面波纹度 切削加工过程中系统有害振动引起的表面波纹（波高h、波距s） 宏观粗糙度 h /s≈1：40 ；s一般1~10mm 3、表面粗糙度 不象波纹度那样有明显的周期性，波距较小、波高较小;波度;表面形貌轮廓;;中线m：实体面积＝空间面积　　;（2）轮廓均方根偏差 Rq;是在标准长度L内五个最高的轮廓峰高的平均值与五个最低的轮廓谷深的平均值之和 ;(4)轮廓最大高度 Ry;加工方法;相互换算（在一定程度上） ;2、间距特性参数;峰顶曲率半径的计算;峰顶曲率半径的计算;式中： ;三、表面轮廓高度的分布 ;均方根差：;若;微凸体高度分布 微凸体高度分布曲线 表面粗糙度越低，曲线越接近正态分布 ;四、支承面积曲线－－－支承长度率曲线－－微观不平度的形状特性参数： 在取样长度内，一平行于中线的线与轮廓相截，得各  截段长度之和与取样长度之比 ;a3;第二节　　固体表面的组成;1、表面张力σ（比表面能）：单位表面积所具有的表面能或增加单位表面积时所引起体系表面能的增加。  液面上的分子受内部分子的吸引力大于受空气分子的吸引力，使处于液面上的分子的能量增加，产生使液体表面缩小而形成平行于表面的力，叫做表面张力。 ;设 L即为细棒的长度，一般认为，F=aL, a为一个系数，即：拉力大小与拉起的液体长度成正比,a可以通过实验测算,即根据测得的F和L求得a,不同的液体a一般不同。 a既是表面张力,它是一种广义力。 在力F作用下，细棒移动高度为h，做功为W=Fh=alh=as， s为拉起的薄膜的面积，当s为单位面积时，W既是表面能。;当两个物体彼此靠近而进入接触时，两物体便被其表面的凸峰所分开，两物体的表面越光洁，接近的程度就越高，可见粗糙度小的物体，表面能大。 表面上的大多数质点都表现出很高的化学活性，急于吸引其邻近质点，即外来的分子、原子、离子而得到某种补偿，结果就降低了固体的表面能(自由焓)。金属表面形成的氧化膜降低了金属的表面能。同样，对表面进行润滑的结果，就是明显减弱了物体的表面能。;1.离子键力 离子晶体的结合力，叫做离子键力。当电离能较小的金属原子与电子亲和能较大的非金属元素的原子相互接近时，前者放出最外层电子而形成正离子，后者吸收前者放出的电子而变成负离子，正负离子由于库仑引力而相互靠近到一定程度时，两闭合壳层的电子云因重叠而产生排斥力，当斥力和吸力相等时就可以形成稳定的离子键。氯化钠晶体就是典型的离子晶体。 2．共价键力 原子晶体的结合力称为共价键力，原子晶体又称为共价晶体，典型的是氢分子(H2)中的两个原子之间的结合。两个氢原子相互靠近形成分子时，两个价电子集中在两原子核之间运动，为两原子核所共有，且两电子的自旋相反，故共价键是由两原子之间一对自旋相反的共有电子形成的。共价键的结合力很强，具有方向性和饱和性。具有代表性的共价晶体是金刚石。 3、金属键力 在金属晶体中，原子失去了它的部分或全部价电子而成为离子实，这些离开原子的价电子，不同于某一个离子实所专有，而为全体离子实所共有，金属键力就是靠共有价电子和离子实之间的相互作用而形成的。金属键没有饱和性和明显的方向性，因此金属的结合很牢固。 4、 范德华力 分子之间的相互作用力称为范德华(Vander Waals)力。分子晶体的结构单元就是分子，分子晶体的结合力就是范德华力，故称为范德华键，这种键没有方向性和饱和性。由于相互极化而产生的引力很弱，晶体结合力很小，熔点和硬度都很低。范德华键就是靠偶极矩或瞬时偶极矩的相互作用、相互极化而产生吸引力。 ;由于界面上的吸引力而形成一层界面吸附层，吸附有两种——物理吸附和化学吸附。 吸附层在边界润滑中起着十分重要的作用。在特殊条件下工作的轴承，其摩擦的大小取决于轴承表面上形成的表面膜。 原子能够获得电子或失掉电子而成为负电性或正电性。例如直链碳氢化合物的感应分子中电荷抵消，而在饱和脂肪酸的非感应分子中，分子的一端为正，另一端为负，两端形成偶极子。偶极矩等于其偶极电荷乘以极距。具有偶极矩的分子称为高极性分子，如脂肪酸的极性分子中的羟基—COOH为极性头。它不同于相应的烃类中的—CH3。碳基＞C=O中的氧吸引碳原子，而使碳原子失去电子带正电，羟基中氧化了的碳原子反过来又吸引氢原于中的电子，而使氢