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第 27 卷 　第 1期 摩 擦 学 学 报 Vo l 27, 　No 1 2007 年 1月 TR IBOLO GY J an, 2007 摩擦磨损的接触界面势垒理论研究 许中明 , 黄 　平 (华南理工大学 机械工程学院 , 广东 广州 　510640) 摘要 : 根据系统和能量的观点 ,从摩擦界面的微观相互作用出发 ,提出摩擦磨损的接触界面势垒理论 ,研究接触界面 势垒和标准接触界面势垒的计算方法 ,并推导出摩擦力 、摩擦系数以及粘着磨损量的计算公式. 研究表明 ,界面的摩擦 磨损性能取决于接触界面势垒的大小和分布 ,用标准接触界面势垒作为表征摩擦副材料摩擦磨损特性的指标具有较 好的独立性和稳定性. 利用已有的实验数据进行计算 ,结果与超高真空原子力显微镜实验结果基本符合 ,验证了所提 出理论和方法的可行性. 关键词 : 摩擦 ; 磨损 ; 势垒 ; 理论 中图分类号 : TH 117. 2 文献标识码 : A 文章编号 : (2007) 0 1005406 　　对摩擦学理论进行深入研究和应用能够节约大 1　摩擦磨损的接触界面势垒理论 量能源和材料 , 因此受到工程界和物理学界的重 视 [ 1 ] . 最早系 统研 究摩擦 的是 L eonado da V inci 1. 1　微观弹性接触和塑性接触 ( ) [ 12 ] 1452 ～1519 年 ,其后 Amon ton s和 Cou lomb 通过 传统的接触理论 以及近几十年发展起来的 实验总结出目前仍在使用的 4 条经典摩擦定律 [ 2 ] . 分形接触理论 [ 13 ] 均以弹塑性力学和统计理论为基 1939 年 , 克拉盖尔斯基提 出了机械 分子摩擦理 础 ,主要研究接触面积和压力分布 ,并不涉及接触界 论 [ 3 ] . 1945年 , Bowden 等 [ 4 ] 提出摩擦粘着理论 , 成 面原子位置的调整等微观过程和机制. 实际上 ,接触 功解释了很多摩擦现象. 20 世纪 80 年代末以来 ,纳 过程由于界面原子的相互作用 ,原子位置 自发调整 米摩擦学迅速兴起 ,研究人员对原子尺度的摩擦理 至协调位置 ,使势能趋于最低. 滑动时界面原子发生 论和实验进行大量研究并取得了一定进展 [ 1, 5, 6 ] . 相对移动并离开势能最低点 ,从而使势能升高. 但是 , 由于摩擦现象非常复杂 , 目前固体摩擦机 接触过程中 ,先接触部位由于压强超过材料的 理还远未清楚 ,现有理论还只能解释结果而无法准 屈服极 限而产生塑性变形. 如果界面是干净 的 , 确预测结果 [ 6, 7 ] . 随着科技发展 ,摩擦问题已成为制 Bowden 的粘着理论认为此时界面发生冷焊而熔合 ( ) 约高精尖设备 如微 /纳米器件等 发展的重要因 成一体. 我们认为 , 由于界面原子位置得到充分调 [ 8 ] [ 9 ] 素 . 为此 , Czicho s 提出采用系统和能量的方法 整 ,塑性变形过程趋于能量最低的稳定状态. 对于同 来研究和解决摩擦 问题 , Ludem a 等 [ 10, 11 ] 提出从系 种材料而言 ,原子规则排列而界面消