擦学第3章.ppt

3.1 表面接触现象 ◆机械传动中的表面接触——硬/硬接触：金属表面接触时,表面上的凸峰和凹谷相互作用,形成凸凹交错，最先接触的应是两个表面的对应微凸体高度之和为最大的部位，随压力的增加，其他新的成对的微凸体也相应地接触。接触开始先发生弹性变形，只有当载荷超过某一临界值时才发生塑性变形。 ◆金属材料成形中的表面接触——硬/软接触：成形工具材质较硬，而被加工金属的材质较软，接触时，开始也是微凸体之间的接触，但是随着变形的进行，压下量增加，较硬的工具表面微凸体会将被加工金属的表面的微凸体压扁，进而进入被加工金属的表面，同时由于变形金属的塑性流动，使工具表面的凹谷部位被金属填充，形成加工工具与被加工金属的紧密接触。因此，工模具表面的粗糙度和变形金属表面的物理—力学性能将影响接触的性质。 3. 金属表面接触 3.2 金属接触界面间的作用 ◆化学键——短程力：包括共价键和离子键（如NaCl分子），会引起化学吸附等现象。 作用范围：当被接触表面距离小于1nm时，各种形式的短程力就起作用，会形成黏着等现象。 － ＋ ◆范德华力（Vanderwaals）——长程力：分子间作用力，会引起物理吸附等现象。 作用范围：当被接触表面距离到几百nm时，就会产生范德华力作用。范德华力作用依赖于相互作用物体的原子结构，分非极性－非极性、极性－非极性、极性－极性接触，三种情况作用力不同。 ＋ － ＋ － － ＋ ＋ － ＋ － － ＋ ＋ － － ＋ ●范德华力三种作用形式： （1）非极性分子－非极性分子相互接触时，由于物体表面的分子及原子内电荷分布的波动性，在某一瞬间总会有一个偶极存在，这偶极就是瞬时偶极，相互间的作用力称之为色散力。 色散力 ＋ － ＋ － － ＋ ＋ － ＋ － － ＋ （2）极性分子－非极性分子相互作用接触时，除有色散力作用外，由于非极性分子受极性分子电场的影响而产生诱导偶极，它们之间的作用力为诱导力。 色散力＋诱导力 ＋ － － ＋ ＋ － ＋ － （3）极性分子－极性分子相互接触时，色散力起着作用。此外，它们的固有偶极由于同极相斥异极相吸的结果，使分子在空间运动遵循着一定的方向，成为异极相邻的状态。由于固有偶极的取向化而引起分子间的作用力，称之为取向力。 色散力＋取向力 ＋ － ＋ － 3.3 表面接触状态 金属表面接触时，其接触具有不连续性和不均匀性。采用3种不同接触面积来描述接触面积的大小。 ◆名义(或几何)接触面积（Am ) 名义接触面积是二物体接触相互重叠的表观面积，即接触表面的宏观面积，以Am=a×b表示。 ◆轮廓接触面积(A1)：5－15％ Am 由于波纹度接触斑点集聚在个别区域里的波顶，这些斑点集聚的不同区域之总和，也就是物体的接触表面被压皱部分所形成的面积(图中小圈范围内面积)的总和，叫做轮廓接触面积，以 A1表示。 ◆真实接触面积（Az）0.01-0.1% Am 微凸体接触处各微观面积之总和，即在轮廓接触面积内，各实际接触部分的微小面积(图中小圈内黑点所表示的各接触点面积)的总和，叫做真实接触面积，以Az表示。 ●研究真实接触面积（Az）的意义： 真实接触面积的大小和分布对摩擦和磨损起决定性的意义。真实接触面积上的膜在高压和金属流动作用下会发生破裂，新鲜金属裸露，使得新鲜金属转移到表面上来，从而使金属发生黏着。 一个真实接触点的发展过程可分为3个阶段：相互作用，变化，破裂。 ●研究真实接触面积的微凸体模型： 可分为3类：（1）球形； （2）圆柱形； （3）圆锥形。 球形微凸体模型可以较客观的反映摩擦的各向同性，并利于计算实际接触面积，有