摩擦学原理-边界和分子膜润滑.ppt

1. 边界润滑定义 由于润滑分子与固体表面的相互作用而形成一层具有润滑作用的界面膜在摩擦过程起主要润滑作用，该种润滑状态叫边界润滑。 2. 物理吸附与化学吸附 固体表面与液体求气体中的吸附分子间的结合键具有电子交换，此种吸附称为化学吸附。 如极性分子与金属表面形成金属皂，CnH2n+1COOM 金属 3. 边界润滑模型 自1922年Hardy提出边界润滑的概念以来边界润滑理论已有了较大的发展； 先后出现了Bowden模型、Adamson模型、Kingsbury模型、Cameron模型、Cobblestone模型、混合模型等； 最近已发展到分子行为和分子膜润滑研究，并有重要应用价值。 3.1 Hardy模型－1922年 Hardy，1864－1934，是生命学家，毕业于剑桥，是英国皇家学会生物方面的秘书，在研究胶体稳定性和行为时，发现有一层极性吸附膜。 3.2 Bowden模型－1950年 Bowden (1903－1965)，6个孩子中排行为第五，14岁时母亲去世，主要靠父亲培养，他的学习成绩比较差，以至于高考未中，后来在私人教师的培养下，考上澳大利亚的大学，然后又到剑桥读硕士，主要研究电化学和物理化学。 1931年开始摩擦学研究（接触问题），其主要贡献是对Hardy模型的发展，与Tabor将一起，将Hardy的思想与Holm的真实接触概念相结合，提出了Bowden模型、摩擦粘着机理等。 后来转入PTFE和滑雪研究，组建了建桥大学摩擦研究小组。 没有考虑动态效应，只是静态模型。 3.3 Adamson模型－1960年 认为只有在小负荷时，Bowden模型才能成立。在正常压力下，金属接触区几乎不变化，金属的表面变形不足以将润滑膜挤走。但却足以使其有些压缩，即施加机械压力于膜上。 3.3 Adamson模型 特点： 考虑了机械压力的作用； 可以解释电导与摩擦系数矛盾的现象。载荷　　　间隙　　分子平躺： ①减摩擦作用存在， ②电击穿，电导率上升； 提出了凝聚态边界膜润滑效果的原因。 3.4 Kingsbury模型－1958年 1958年，Kingsbury [另一个Kingsbury (1863-1993)研究轴承]针对Bowden模型的缺点，提出了新的动态模型。将Bowden模型中的α定义为膜的破裂率： 　α＝（Ns-N）/Ns 3.4 Kingsbury 模型 认为吸附分子在固体表面上是停留、脱离的动态平衡过程。若粗糙峰以速度v?移动一个分子间距z的时间为tz，吸附分子在固体表面的停留时间为tr，则有： α＝1－exp(-tz/tr) tz＝Z/v v　 ∞，tz 0, α 0 速度很大，表面分子未逃逸就滑过去了。 v　　0，tz　 ∞，α 1 速度很低时，分子一旦离开，粗糙峰与基体的接触就不会再分开。 3.4 Kingsbury模型 其中：E为吸附热；R为气体常数；T为绝对温度；t0为与表面方向垂直的振动周期。 当： tz>>tr时，α　　1　运动速度很慢或分子在表面停留 时间很短(如高温、分子活性大). Tz<<tr时，α　 0　运动速度很快，分子在表面停留 时间不长。 3.4 Kingsbury模型 存在问题： 没有考虑压力对润滑分子的影响; 没有考虑吸附分子排列方式的影响; 没有考虑结构影响，如分子长链、大小等。 3.5 Cameron模型 英国三大家： 建桥：Bowden, Tabor, Jonhsm, 结合（固体润滑）流变特性； 理国理工：Cameron, Spikes, EHL测试； Leads, Dowson, Talyer 计算。 1960年，Cameron根据分子统计规律，认为摩擦副表面间的摩擦力主要由分子间的范德华引力造成，由此推导出引力能。 3.5 Cameron模型 该式属于Kirkwood-Muler色散力形式。根据吸附分子粘着在金属表面上所具有的位能E1与移动后新的平衡状态的位能E2之差等于摩擦力所做的功，从而计算出摩擦力。 3.5 Cameron模型 特点： 首次给出了边界润滑摩擦力的微观解析解。 从能量和统计角度来处理摩擦力问题。 存在问题： 认为吸附分子是与其粘着的表面发生错动，这在正常工况条件下是不正确的。因为一般表面与吸附分子极性基之间的吸引力大于润滑剂分子间的引力，故摩擦发生在吸附层之间。于是，摩擦力的计算就有较大的误差。 没有考虑分子处于动态平衡过程，忽略了速度、温度的影响。 对于长链分子规则排列的情况，范德华引力计算式应作修正。 许多情况下，吸附膜属于极性分子在金属表面发生了化学吸附，即存在电子交换，于是用色