边界摩擦和润滑化学作用

摩擦、磨损和润滑§1 摩擦在一定的压力下，表面间摩擦阻力的大小与两表面间的摩擦状态有密切关系，不同摩擦状态下，产生摩擦的物理机理是不同的。

一、摩擦状态按摩擦状态，即表面接触情况和油膜厚度，可以将滑动摩擦分为四大类，干摩擦、边界摩擦（润滑）、液体摩擦（润滑）和混合摩擦（润滑），如图所示。

1.干摩擦两摩擦表面间无任何润滑剂或保护膜的纯净金属接触时的摩擦，称为干摩擦。

在工程实际中没有真正的干摩擦，因为暴露在大气中的任何零件的表面，不仅会因氧气而形成氧化膜，且或多或少也会被润滑油所湿润或受到"污染"，这时，其摩擦系数将显著降低。

在机械设计中，通常把不出现显著润滑的摩擦，当作干摩擦处理。

2.边界摩擦两摩擦表面各附有一层极薄的边界膜，两表面仍是凸峰接触的摩擦状态称为边界摩擦。

与干摩擦相比，摩擦状态有很大改善，其摩擦和磨损程度取决于边界膜的性质、材料表面机械性能和表面形貌。

3.液体摩擦两摩擦表面完全被液体层隔开、表面凸峰不直接接触的摩擦。

此种润滑状态亦称液体润滑，摩擦是在液体内部的分子之间进行，故摩擦系数极小。

这时的摩擦规律已有了根本的变化，与干摩擦完全不同。

关于液体摩擦（液体润滑）的问题，将在滑动轴承中进一步讨论。

4.混合摩擦两表面间同时存在干摩擦、边界摩擦和液体摩擦的状态称为混合摩擦。

二、干摩擦理论干摩擦理论主要有：（1）机械理论认为摩擦力是两表面凸峰的机械啮合力的总和，因而可解释为什么表面愈粗糙，摩擦力愈大；（2）和表面分子相互吸引分子-机械理论认为摩擦力是由表面凸峰间的机械啮合力F1两部分组成，因而这一理论可解释为什么当接触表面光滑时，摩擦力也会力F2很大。

但上述两种理论不能解释能量是如何被消耗的；（3）粘着理论；（4）能量理论等。

a) 结点b) 界面剪切c) 软金属剪切a) 结点b) 界面剪切c) 软金属剪切大量的试验表明，工程表面的实际接触面积约为名义接触面积的10-2～10-3，这样接触区压力很高，使材料发生塑性变形，表面污染膜遭到破坏，从而使基体金属发生粘着现象，形成冷焊结点（如图a 所示）。

金属压力加工中的摩擦与润滑摘要：摩擦与加工作为金属压力加工中的重要组成因素，有着不可忽视的地位，想在金属压力加工中使金属制造的企业效能有所突出，就必须充分重视金属压力加工中的摩擦与润滑。

本文从金属压力加工中摩擦与润滑的作用机制着手，逐一对金属压力加工中摩擦和润滑的影响因素或者重点特征进行简要浅析，意在突出金属压力加工中摩擦与润滑的特殊作用，希望能在理论方面提供一些参考价值。

关键词：金属压力加工；摩擦和润滑；现代金属冶炼技术一、在金属压力加工中摩擦与润滑的作用机理（一）金属压力加工中摩擦的作用机理在金属压力加工产业的过程当中，摩擦主要以干摩擦、边界摩擦、液体摩擦这三种形式的方式存在。

除此之外，半干摩擦和半液体摩擦这两种和类型的摩擦又是比较特殊的存在。

在金属压力加工的过程当中，外部力量的推动作用让金属材质的晶体随着一定移动方向在晶体间滑移面上发生了滑移，就是这一个个的推动滑移在多个单位条作用的过程中，产生了宏观意义上的金属变形，也是我们常说的金属压力加工的由来。

这个金属压力加工过程中的补偿流动剪切力就是我们常说的金属压力加工的摩擦，也称金属压力加工的摩擦力。

而金属压力加工的摩擦力又由摩擦接触面积以及剪切强度极限这两方面的因素构成。

（二）金属压力加工中润滑的作用机理在金属压力加工中，摩擦力并不是百利而无一害，为了减轻部分元件的摩擦力，就与之相对的又有了一个名词——润滑。

即在金属压力加工的过程中，假如工具与元件之间的间隙位置上有润滑剂的附着，那么相应的润滑剂就会承受来自金属压力加工过程中的一部分接触负荷，我们也将这种作用称之为摩擦应力。

提到润滑，就不得不先讲一讲金属压力加工中工具与元件之间的接触率。

参与金属压力加工的用具表面常情况下会覆盖着一层氧化膜，除此之外，还会有一些因为物理作用或者化学作用而吸附来的水蒸气或者有机物质。

正是因为金属表层与化学作用形成在边界的起到润滑作用的薄膜的存在，才使得金属压力加工中工具与元件之间的接触率变小，相应的两者之间实际接触的摩擦也会有所减少。

浅谈金属压力加工中的摩擦与润滑摘要：在金属压力加工过程之中，摩擦和润滑无疑是其中不可忽视的工艺因素。

变形金属与变形工具之间的摩擦力，绝大部分情况下，都是有害的摩擦力，仅有如轧辊咬入金属这种极少数的情况下的摩擦力，才会对金属压力加工过程产生促进作用。

为此，在金属压力加工过程中，润滑剂的使用就变得十分重要。

本文结合笔者实际工作经验，简要分析了金属压力加工过程中的摩擦与润滑，以期能为相关工作者提供一定参考。

关键词：金属压力加工；摩擦；润滑1摩擦和润滑的机理摩擦于金属压力加工中，主要分为如下几种类型：吸附摩擦、液体摩擦、干摩擦，以及另外两种混合摩擦，半液体摩擦与半干摩擦。

在压力加工过程中，金属工件的晶体在外力的作用之下，沿着滑移方向于晶间的滑移面上出现滑移。

宏观的金属塑性变形，在数个滑移单元一同协调作用时，就会产生。

因此，实质上塑性变形，就是表层金属的剪切流动变形过程。

为此，金属压力加工中摩擦力，就是克服流动剪切力。

若是在金属压力加工过程中，将润滑剂加入到工件和工具之间的空隙处，则能够一定程度啥还给你减少接触载荷，使得摩擦应力能维持在一个较低的状态。

通常工具表面都覆盖有一层氧化膜，同时还或多或少存有一些因为化学和物理作用而吸附的有机物质与水蒸气。

正是由于有着化学吸附和金属表面所形成的边界润滑膜，实际接触部分的摩擦力不会很大。

虽然，润滑剂分子和金属表面互相吸引，会形成定向排列的分子棚，层间剪切阻力也比较小。

但工件和模具间的界面，难以出现平直光滑这一理想的状态，因而，较易破坏吸附层表面，形成半干摩擦。

金属和润滑剂之间的分子作用力，决定了润滑剂吸附层内分子的定向排列。

分子的定向排列明显增强，则润滑剂之中有着表面活性分子式，为此，在非极性介质中加入带有表面活性的物质，会使润滑的效果得以很大改善。

2金属压力加工中摩擦的特点和影响因素2.1摩擦的特点（1）压力高且接触面积大。

金属压力加工过程中的单位压力，通常是500兆帕。

各种润滑状态的基本特征【摘要】润滑状态在机械运行中起着至关重要的作用。

干摩擦状态是指在没有润滑油膜的情况下，摩擦产生的状态，表现为摩擦力大，易产生磨损。

润滑状态是指润滑油膜完全覆盖在摩擦表面，减少摩擦力和磨损。

边界润滑状态是指在摩擦接触表面上只有很薄的润滑膜，摩擦和磨损较大。

混合润滑状态是指在滑动摩擦过程中，润滑膜和摩擦表面均参与摩擦。

较大黏滞摩擦状态是指在高速、高温下，黏滞性润滑油的重要作用。

不同的润滑状态具有各自独特的特征，了解并正确应用润滑状态对于机械设备的正常运行至关重要。

【关键词】润滑状态、干摩擦、边界润滑、混合润滑、黏滞摩擦、重要性、基本特征、总结。

1. 引言1.1 润滑状态的重要性润滑状态在机械工程中起着非常重要的作用。

润滑的基本作用是减少摩擦和磨损，从而延长机械设备的使用寿命，提高运行效率。

在机械运转的过程中，由于摩擦而产生的热量会导致设备的部件温度升高，从而影响设备的性能和寿命。

润滑状态的选择对于设备的寿命和性能至关重要。

干摩擦状态是指在没有任何润滑剂的条件下，摩擦表面直接接触导致的摩擦状态。

这种情况下，摩擦表面之间会产生较大的摩擦力，容易导致磨损和热损失，从而降低设备的效率和寿命。

边界润滑状态是指在摩擦表面通过少量的润滑剂形成局部的润滑膜，减少摩擦和磨损。

这种状态下，摩擦表面之间的直接接触减少，摩擦力和磨损也相应减小。

2. 正文2.1 干摩擦状态的基本特征干摩擦状态是指在两个表面直接接触时，没有润滑剂的情况下产生的摩擦状态。

其基本特征包括以下几点：1. 高摩擦力：在干摩擦状态下，由于缺乏润滑剂的作用，表面之间的摩擦力会显著增加。

这会导致摩擦表面的磨损加剧，增加动力学上的能量损耗。

2. 高温度：干摩擦状态下的摩擦会产生大量的热量，导致摩擦表面的温度升高。

高温度会对材料的性能造成不利影响，加剧表面的磨损和疲劳。

3. 表面磨损：由于干摩擦状态下的摩擦力较大，表面会发生磨损，产生磨粒和磨损颗粒。

第三章 磨擦、磨损及润滑（一）教学要求掌握摩擦副分类及基本性质、磨损过程和机理及润滑的类型及润滑剂类型。

（二）教学的重点与难点摩擦副基本性质和典型磨损过程（三）教学内容§3—1 摩擦摩擦——两接触的物体在接触表面间相对滑动或有一趋势时产生阻碍其发生相对滑动的切向阻力，——这种现角叫磨擦磨损——由于摩擦引起的摩擦能耗和导致表面材料的不断损耗或转移，即形成磨损。

使零件的表面形状与尺寸遭到缓慢而连续破坏→精度、可靠性↓效率↓直至破坏润滑——减少摩擦、降低磨损的一种有效手段。

摩擦学（Tribology ）——包含力学、流变学、表面物理、表面化学及材料学、工程热物理学等学科，是一门边缘和交叉学科。

摩擦 内摩擦——发生在物质内部外摩擦——两个相互接触表面之间的摩擦接运动状态——摩擦 静摩擦——仅有相对滑动趋势时的摩擦动摩擦本节只讨论金属摩擦副的滑动摩擦根据摩擦面间存在润滑剂的状况，干摩擦 ——最不利滑动摩擦 边界摩擦（边界润滑） ——最低要求流体摩擦（流体润滑） ——如图3-1所示混合摩擦（混合润滑） ——最理想各种状态下的摩擦系数见表3-1，图3-2为摩擦特性曲线p v f /ηλ=-的关系。

一、干摩擦——两摩擦表面直接接触，不加入任何润滑剂的摩擦而实际上，即使很洁净的表面上也存在脏污膜和的氧化膜，∴实际f 比在真空中测定值小很多。

摩擦理论：①库仑公式 n f fF F =（n F —法向力）——至今沿用机理：②机械摩擦理论→认为两个粗糙表面接触时，接触点相互啮合，摩擦力为啮合点问切向阻力的总和，表面越粗糙，摩擦力就越大。

但不能解释光滑表面间的摩擦现象——表面愈光滑、接触面越大，f F 越大，且与滑动速度V 有关。

③新理论：分子—机械理论、能量理论、粘着理论—常用简单粘着理论：如图3-3所示，摩擦副真实接触面积Ar 只有表现接触面积A 的百分之一和万分之一，)10000~100/(A Ar =，∴接触面上压力很大，很容易达到材料的压缩屈服极限sy σ→产生塑性流动→接触面↑，∴n F ↑应力并不升高 ∴sy nF Ar σ= （3-1）接触点塑性变形后→脏污膜遭破坏，容易使基本金属产生粘着现象→产生冷焊结点→滑动时，先将结点切开，设结点的剪切强度极限为B τ，则摩擦力为B sy nB r f F A F τστ== （3-2） ∴金属摩擦系数syB n fF F f στ== （3-3） B τ 两接触金属中较软者的剪切强度——剪切发生在软金属站界面的剪切强度极限B f f B ττττ<<=,（脏污表面）——剪切发生在结点金属上 sy σ——较硬的基本材料的压缩屈服极限∵大多数金属sy B στ/很相近，∴f 很相近∴降低摩擦系数的措施：在硬金属基体表面涂覆一层极薄的软金属（使）sy σ取决于基体材料，B τ取决于软金属。

设备润滑基础知识一、设备在运转时是怎样发生磨损的？答：相对运动中的两物体接触面材料的逐渐丧失或转移，即形成磨损。

是伴随磨擦而产生的现象，是磨擦的结果。

一个机体的磨损过程在致可分为：（1）、跑合磨损阶段；（2）、稳定磨损阶段、（3）、剧烈磨损阶段。

产生磨损的方式有以下几种：1、粘着磨损：当磨擦表面的微凸体在相互作用的各点处发生“冷焊”后，在相对滑动滑动时，材料从一个表面转移到另一个表面。

2、磨料磨损：硬的颗粒或硬的突起物，引起磨擦面材料脱落。

疲劳磨损：磨擦面受周期性载荷的作用，使表面材料疲劳引起材料微颗粒脱落。

4、冲蚀磨损：当一束含有硬质微颗粒的流体冲击到固体表面上时就会造成冲蚀磨损。

5、腐蚀磨损：磨擦表面受到空气中酸或滑润油、燃油中残存的少量无机酸与水份的化学作用或电化学作用。

二、设备在运转时，是怎样润滑的？答：磨擦表面间，由于润滑油的存在而大大改变了磨擦的特性。

润滑油能在金属磨擦表面而形成油膜，这种油膜能将两金属磨擦表面不断隔开，使其表面发生的粘着磨损变得很小，同时润滑油还能起均化载荷作用，能降低两金属表面的疲劳磨损。

具体润滑机理可分为：（一）边界润滑：当两个受润滑的表面在重载作用下靠的非常紧（两表面间可能只有一微米，甚至只有一两个分子那样厚的油膜存在，以致有相当多的磨擦表面微凸体发生接触），而润滑油的体积性质（即粘度）还不能起作用时，其磨擦特性便主要取决于润滑油和金属表面的化学性质。

这种能金属不致粘着的薄膜，叫边界膜。

其形成原理如下：1、物理吸附作用：当润滑油与金属接触时，润滑油就在两者的分子吸力的作用下紧贴到金属表面上，形成物理吸附膜。

2、化学吸附作用：当润滑油分子受到化学键力的作用而贴附到金属表面上时，就形成化学吸附膜。

3、化学反应：当润滑油分子中含有以原子形式存在的硫、氯、磷时，在较高的温度（通常在150的摄氏度至200摄氏度）下这些元素能与金属起化学反应，形成硫、氯、磷的化合物。

前两种边界膜的润滑性能叫润滑油的油性，后一种则叫极压性。

1第十五章 滑动轴承（一）教学要求1、 了解滑动轴承特点、分类和主要结构，滑动轴承的材料、润滑方式，了解非流体摩擦滑动轴承的计算方法2、 了解流体动压润滑滑动轴承计算，主要参数选择，了解其它型式滑动轴承（二）教学的重点与难点1、 非流体摩擦滑动轴承的设计计算2、 流体动压滑动轴承的承载能力及影响因素（三）教学内容轴承——支承轴颈使轴作回转运动，分：滑动轴承；滚动轴承 一、滑动轴承类型：按承载：向心轴承（受Fr ）；推力轴承（受Fa ） 二、滑动轴承的特点优点：1）承载能力高；2）工作平稳可靠、噪声低；3）径向尺寸小；4）精度高；5）流体润滑时，摩擦、磨损较小；6）油膜有一定的吸振能力缺点：1）非流体摩擦滑动轴承、摩擦较大，磨损严重。

2）流体摩擦轴承在起动、行车、载荷、转速比较大的情况下难于实现；3）流体摩擦其设计、制造、维护费用较高。

三、应用：1）n 特高或特低；2）对回转精度要求特别高的轴；3）承受特大载荷；4）冲击、振动较大时；5）特殊工作条件下的轴承；6）径向尺寸受限制或轴承要做成剖分式的结构 例：机床、汽轮机、发电机、轧钢机、大型电机、内燃机、铁路机车、仪表、天文望远镜等。

§15-1 摩擦状态一、摩擦及其分类根据摩擦面间存在润滑剂的状况，干摩擦 最低要求滑动摩擦 液体摩擦（液体润滑） 最理想 如图所示 边界摩擦（边界润滑） 最不利 混合摩擦（混合润滑） 最常见1、干摩擦——两摩擦表面直接接触，不加入任何润滑剂的摩擦。

2、边界摩擦（边界润滑）——摩擦面上有一层边界膜起润滑作用。

3、液体摩擦（润滑）——摩擦表面间的润滑膜厚度大到足以将两个表面的轮廓完全隔开时，即形成了全液体摩擦，f极小，是理想摩擦状态。

4、混合摩擦（润滑）——在实践中有很多摩擦副处于干摩擦、液体摩擦与边界摩擦的混合状态，称为混合摩擦。

图15—1d为摩擦副的摩擦特性曲线，这条曲线是由实验得到的。

§15-2滑动轴承的结构形式一、向心滑动轴承图15-2，为剖分式径向滑动轴承，由轴承座，轴承盖，剖分轴瓦（附轴承衬）、双头螺柱（调整垫片）等，轴瓦表面有油沟，油通过油孔、油沟而流向轴颈表面，轴瓦一般水平剖分，也有倾斜剖分。

第六章润滑与与冷却第一节润滑和润滑油一、润滑的作用在柴油机中润滑的作用有：减磨作用、冷却作用、清洁作用、密封作用、防腐作用、减轻噪音及传递动力等。

其中减磨是润滑的主要作用。

二、润滑分类1．边界润滑边界润滑——两运动表面被一种具有分层结构和润滑性能的薄膜所分开，所形成的润滑。

薄膜厚度通常在0.1(m以下(称边界膜)。

吸附膜——由滑油中极性分子吸附在零件表面形成反应膜——滑油中某些添加剂元素如硫、磷等与摩擦表面的化学反应形成。

2．液体润滑液体润滑——两运动表面被一层一定厚度(为1.5～2.0(m以上)的滑油液膜完全隔开，所形成的润滑。

液体润滑方式摩擦系数小，磨损少，是一种理想的润滑状态。

3．混合润滑介于液体与半边界液体润滑之间或干摩擦与边界润滑之间的润滑形式三、形成液体润滑的方法：1．液体动压润滑借助于滑油的动力作用，形成楔形液膜产生油楔压力以平衡外载荷。

如曲柄销轴承的润滑。

液体动压润滑的影响因素：(1)运动状态(回转、往复)：转速越高，越易形成液膜(油楔)；(2)滑油粘度适当：粘度大难以涂布，粘度小，滑油易流失；(3)轴承负荷：负荷越大越难形成油楔；(4)轴承间隙：间隙过大(滑油流失)、间隙过小(轴颈不易浮起)均不易形成油楔；(5)表面加工粗糙度。

表面光洁程度高易形成油楔。

2．液体静压润滑从外部向摩擦表面供给一定压力的滑油，借助于滑油的静压力，产生油膜以平衡外载荷。

如某些大型二冲程十字头轴承的润滑。

3．弹性液体动压润滑借助于摩擦表面在接触点产生的暂时弹性变形，在接触点产生极薄的挤压油膜以避免金属直接接触。

如废气涡轮增压器中的滚珠轴承。

四、润滑油的性能指标1．粘度和粘度指数滑油的粘度随温度的变化规律(即粘温特性)用粘度指数(V1)表示。

VI越大，表示该滑油的粘度随温度变化越小，滑油的粘温性越好。

粘温特性最好的滑油的粘度指数为100，粘温特性最差的粘度指数为0。

粘度比表示该滑油在50℃与100℃时运动粘度的比值。

摩擦与润滑总结1.摩擦学与塑性摩擦学、研究摩擦学的作用2.塑性摩擦学与弹性摩擦学的比较-----属性摩擦学中的摩擦偶有一个是出于塑性变形状态，摩擦条件更为恶劣，如高温高压高速等，使塑性摩擦学的研究更为复杂更有特殊性。

弹性摩擦学中基体出于弹性变形范围内，如一般的机械摩擦。

3.干摩擦（纯净摩擦）：理论上指接触面上没有任何润滑剂和污染膜的摩擦。

实际上是指没有人为地在工模具与工件之间添加润滑剂的摩擦。

4.塑性条件下摩擦的本质------是表层金属的流动剪切变形过程。

5.常摩擦应力摩擦定律6.边界润滑、流体润滑的特点、边界润滑膜的作用本质----润滑表面被性质与润滑剂体积性质不同，且仅为几个分子后的润滑膜所隔开的润滑状态称为边界润滑。

===边界润滑中其润滑作用的膜称为边界膜。

--====吸附膜：润滑剂的极性分子吸附在摩擦表面上所形成的边界膜=======反应膜：摩擦表面的氧及润滑油添加剂中的P、Cl等元素发生化学反应所形成的膜。

7.表面张力-----物体表层的分子或原子受到的引力不平衡，使液体或固体表面产生一种自动收缩的力称为表面张力。

----润滑油的表面张力比金属表面的张力小就可以产生润滑，而且差值越大，润滑效果越好。

表面张力作用在表面上，力图使表面积减少，表面能越低的面摩擦也越小。

8.表面接触面积的分类、表面接触率表面接触面积分为;名义接触面积：表面外观面积。

轮廓接触面积：物体接触面积被压皱的部分所形成的面积。

真实接触面积：轮廓接触面积内，各真实接触部分的微小面积的总和。

表面接触率：真实接触面积和名义接触面积的比值。

9.用表面接触率分析各种条件下的表面接触状况-----1、静态条件下--由于在一般条件下面积接触率只有0.01-0.1%，而且真实接触面积分散成一些接触点，并由它们支撑物体重量与外加载荷，真实接触点上的接触应力很大，是表面凸峰产生塑性变形，表面污染膜被破坏，新鲜表面露出，因此高压下很容易发生金属粘着。