第六章聚合物表面摩擦磨損1本章主要介紹:

聚合物表面摩擦性能聚合物表面磨損性能概念:黏著摩擦和變形摩擦磨粒磨損、黏著磨損、疲勞磨損和氧化磨損2聚合物的摩擦理論3摩擦是一種在生活和工作中常見的自然現(xiàn)象。世界上使用的能源大約有1/3～1/2消耗于摩擦。如果能夠盡力減少無用的摩擦消耗，便可大量

節(jié)省能源。摩擦學（tribology)是研究相對運動接觸表面的科學和技術(shù)，包括摩擦(friction

)、磨損(wear)和潤滑（lubrication）三個分支。（材料的三大失效：腐蝕、疲勞和磨損）摩擦學是研究相對運動的作用表面間的摩擦、磨損和潤滑，以及三者間相互關(guān)系的理論與應用的一門邊緣學科。摩擦 是相對運動的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象；磨損 是由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移；潤滑 是減輕摩擦和磨損所應采取的措施。關(guān)于摩擦、磨損與潤滑的學科構(gòu)成了摩擦學(Tribology)。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，摩擦學的理論和應用必將由宏觀進入微觀，由靜態(tài)進入動態(tài)，由定性進入定量，成為系統(tǒng)綜合研究的領(lǐng)域。4摩擦（Friction）的定義相對運動（或有相對運動趨勢）的物體，在接觸表面上的阻礙相對運動的現(xiàn)象。當物體與另一物體沿接觸面的切線方向運動或有相對運動的趨勢時，在兩物體的接觸面之間有阻礙它們相對運動的作用力，這種力叫摩擦力。5摩擦副(frictionpair)：接觸表面作相對運動的兩個物體組成的系統(tǒng)。摩擦面：和另外的表面處于運動狀態(tài)接觸或受到?jīng)_擊或氣穴作用的物體。每個摩擦組元可含一個或多個摩擦面。阿蒙頓定律：1）摩擦力與法向力成正比；2）摩擦力與兩物體接觸面積的大小無關(guān)。6摩擦有利也有害。在多數(shù)情況下是不利的。如機器運轉(zhuǎn)時的摩擦，造成能量的無益損耗和機器壽命的縮短，并降低了機械效率。因此常用各種方法減少摩擦，如在機器中加潤滑油等。但摩擦又是不可缺少的，如人的行走，汽車的行駛都必須依靠地面與腳和車輪的摩擦。在泥濘的道路上，因摩擦太小走路就很困難，且易滑倒，汽車的車輪也會出現(xiàn)空轉(zhuǎn)，即車輪轉(zhuǎn)動而車廂并不前進。所以，在某些情況下又必須設(shè)法增大摩擦，如在太滑的路上撒上一些爐灰或沙土，車輪上加掛防滑鏈等。7關(guān)于穿什么樣的泳衣游得更快，人們已探索了

許多年。泳者在水中遇到的阻力，與水的密度、泳者的正面面積、摩擦系數(shù)及泳者速度的平方

成正比，因此減少正面面積和摩擦系數(shù)是設(shè)計

低阻力泳衣的關(guān)鍵。8鯊魚皮泳衣是人們根據(jù)其外形特征起的綽號，其實它有著更加響亮的名字：快皮，它的核心技術(shù)在于模仿鯊魚的皮膚。生物學家發(fā)現(xiàn)，鯊魚皮膚表面粗糙的V形皺褶可以大大減少水流的摩擦力，使身體周圍的水流更高效地流過，鯊魚得以快速游動?？炱さ某煺估w維表面便是完全仿造鯊魚皮膚表面制成的。實驗表明，快皮的纖維可以減少3%水的阻力，這在

1%秒就能決定勝負的游泳比賽中有著非凡意義。9顯微鏡下的鯊魚皮膚鯊魚皮泳衣的結(jié)構(gòu)，V字型可以減少游泳時水流帶來的阻力。10人類對摩擦現(xiàn)象早有認識，并能用來為自己服務，如史前人類的鉆木取火。對摩擦的科學研究始于十五世紀的達芬奇：1508年，達·芬奇（Leonardo

da

Vinci，1452-1519）使用石頭和木頭開始了對固體摩擦的實驗研究，測量了水平和斜面上物體間的摩擦力，他得出了等重物體之間的摩擦力與接觸面積無關(guān)的重要結(jié)論，并首先引入了摩擦系數(shù)的概念。該系數(shù)定義為摩擦力和垂直載荷的比值，即μ=F/P。他的結(jié)論是：“每一個摩擦物體所具有的摩擦阻力等于自身重量的四分之一?！碑敃r他使用的材料大多為硬木或鐵與硬木的組合，他的結(jié)論對于這些材料來說還是比較符合實際的。111785年，法國庫侖繼前人的研究，用機械嚙合概念解釋干摩擦，提出摩擦理論。后來又有人提出分子吸引理論和靜電力學理論。1935年，英國的鮑登等人開始用材料粘著概念研究干摩擦，1950年，鮑登提出了粘著理論。121．凹凸嚙合說：是從15世紀至18世紀，科學家們提出的一種關(guān)于摩擦本質(zhì)的理論，嚙合說認為摩擦是由于互相接觸的物體表面粗糙不平產(chǎn)生的。兩個物體接觸擠壓時，接觸面上很多凹凸部分就相互嚙合。如果一個物體沿接觸面滑動，兩個接觸面的凸起部分相碰撞，產(chǎn)生斷裂、摩損，就形成了對運動的阻礙。2．粘附說：這是繼凹凸嚙合說之后的一種關(guān)于摩擦本質(zhì)的理論。認為兩個表面拋得很光的金屬，摩擦會增大，可以用兩個物體的表面充分接觸時它們的分子引力將增

大來解釋。13近代摩擦粘附論認為：兩個互相接觸的表面，無論做得

多么光滑，在原子尺度還是粗糙的，有許多微小的凸起；兩表面接觸時微凸起的頂部發(fā)生接觸，微凸起之外的部

分接觸面間有10-8m或更大的間隙。接觸的微凸起的頂部承受了接觸面上的法向壓力。如果這個壓力很小，微凸

起的頂部發(fā)生彈性形變；如果法向壓力較大，超過某一

數(shù)值（每個凸起上約千分之幾牛頓），超過材料的彈性

限度，微凸起的頂部便發(fā)生塑性形變，互相接觸的兩個

物體之間距離變小到分子（原子）引力發(fā)生作用的范圍，于是，兩個緊壓著的接觸面上產(chǎn)生了原子性粘合。這時

要使兩個彼比接觸的表面發(fā)生相對滑動，必須對其中的

一個表面施加一個切向力，來克服分子（原子）間的引

力，剪斷實際接觸區(qū)生成的接點，這就產(chǎn)生了摩擦。14摩擦學研究的對象很廣泛：15在機械工程中主要包括動、靜摩擦，如滑動軸承、齒輪傳動、螺紋聯(lián)接、電氣觸頭和磁帶錄音頭等；零件表面受工作介質(zhì)摩擦或碰撞、沖擊，如犁鏵和水輪機轉(zhuǎn)輪等；機械制造工藝的摩擦學問題，如金屬成形加工、切削加工和超精加工等；彈性體摩擦，如汽車輪胎與路面的摩擦、彈性密封的動力滲漏等；特殊工況條件下的摩擦學問題，如宇宙探索中遇到的高真空、低溫和離子輻射等，深海作業(yè)的高壓、腐蝕、潤滑劑稀釋和防漏密封等。此外，還有生物中的摩擦學問題，如研究海豚皮膚結(jié)構(gòu)以改進艦只設(shè)計，研究人體關(guān)節(jié)潤滑機理以診治風濕性關(guān)節(jié)炎，研究人造心臟瓣膜的耐磨壽命以謀求最佳的人工心臟設(shè)計方案等。地質(zhì)學方面的摩擦學問題有地殼移動、火山爆發(fā)和地震，以及山、海斷層形成等。16聚合物的摩擦理論概述聚合物與另一種固體接觸后相對滑動所產(chǎn)生的摩擦過程是一個復雜過程，其主要包括黏著摩擦和變形摩擦。當一個粗糙的剛性物體在聚合物上滑動時，摩擦功一般消耗在兩個區(qū)域：界面區(qū)（與兩者的真實接觸面積相關(guān)，厚度大約100nm）和內(nèi)聚區(qū)（與兩者的宏觀接觸面積相關(guān)）17在界面區(qū)，由黏著作用產(chǎn)生的應力造成聚合物非常局限的界面剪切，引起黏著摩擦，在黏著摩擦過程中，剪切黏著接點消耗了能量。在內(nèi)聚區(qū)，由幾何齒合作用產(chǎn)生的應力造成聚合物相當大的體積變形，引起變形摩擦，在變形摩擦過程中，滯后作用消耗能量。18聚合物摩擦一般分別分析黏著摩擦和變形摩擦，然后用簡單加和法求得總的摩擦力。19聚合物的摩擦系數(shù)的影響因素：負荷、速度和溫度等滑動條件，以及環(huán)境氣氛與介質(zhì)等。若滑動速度高，生熱多，散熱不良，摩擦系數(shù)也可能突然增大。聚合物的黏彈性使其形變性質(zhì)與速率有關(guān)，也使摩擦系數(shù)隨速度的改變而改變。非晶態(tài)或交聯(lián)聚合物的變化較小，部分結(jié)晶的熱塑性聚合物變化較大。低負載下摩擦系數(shù)增大是由于摩擦生熱，軟化引起實際接觸面積增大；在高負載下，由于局部表面熔化的潤滑作用減小摩擦。20周圍環(huán)境也影響滑動過程中形成的黏著接點的強度，但一般對聚合物的影響要比對金屬的影響小得多。如：PE、Nylon等線性結(jié)晶熱塑性聚合物的摩擦在空氣中、惰性氣體或真空中僅有很小的差異；但PS、PMMA等非晶態(tài)熱塑性聚合物及交聯(lián)熱固性樹脂的摩擦在真空中要比在空氣中大50%左右。常用的有機界面潤滑劑對聚合物的減小摩擦的作用不如對金屬有效。21高分子基自潤滑材料常見的減摩用聚合物有:聚酰亞胺(PI)、聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯(PE)等。由于聚合物本身具有較低的摩擦系數(shù)，優(yōu)良的機械性能及耐腐蝕性等優(yōu)點，特別是各種填料的加入使其耐磨性顯著提高，正在被廣泛的應用到減摩領(lǐng)域。22聚酰亞胺(PI)

由于分子主鏈中具有十分穩(wěn)定的酰亞胺的芳雜環(huán)結(jié)構(gòu),使它具有其他高聚物無法比擬的優(yōu)異性能。如：耐熱性和耐輻照性好，在高溫、高真空及輻照下穩(wěn)定，揮發(fā)物少。其中熱塑性PI的長期使用溫度一般在240-260℃，熱固性PI的長期使用溫度可達到300℃以上。PI的摩擦性能僅次于聚四氟乙烯(

PTFE)，在干摩擦下與金屬對摩時，可以向?qū)δγ姘l(fā)生轉(zhuǎn)移，起到自潤滑作用，并且靜摩擦系數(shù)與動摩擦系數(shù)很接近，防止爬行的能力好。23對PI進行改性：24通過離子注入的方法對PI進行改性，來提高材料的耐磨性，如將Fe3+離子注入芳香PI薄膜，結(jié)果降低了鋼對PI膜的摩擦系數(shù)。這是由于，離子加入可以有效的改善PI膜的自潤滑性能，可以提高聚合物的硬度，增大交聯(lián)度，降低其與鋼摩擦時的粘著，從而提高聚合物的耐磨性。此外，離子注入過程中通常會在被注入物質(zhì)的表面形成一層極薄的無定型碳膜，同時也起到一定的潤滑作用。所得復合材料除了具有優(yōu)異的摩擦磨損性能外，還具有良好的機械性能，常用來制作耐高溫和高真空的自潤滑軸承、壓縮機活塞環(huán)、密封圈和齒輪等。聚四氟乙烯(

PTFE)

是研究較早的耐熱性聚合物，其分子結(jié)構(gòu)規(guī)整，靜摩擦系數(shù)可達0.04，是已知的可實用的滑動材料中摩擦系數(shù)最小的。當PTFE與其它物體對摩時，由于PTFE大分子容易被拉出結(jié)晶區(qū),因而在摩擦之初就向?qū)δγ孓D(zhuǎn)移，以庫倫力和范德華力在對摩面上形成一層20～30nm厚的薄膜，這層薄膜的大分子按滑動方向高度取向，從而摩擦系數(shù)很低。另外，在摩擦過程中還會發(fā)生摩擦化學反應，能夠影響轉(zhuǎn)移膜的生成及其完整性。25由于PTFE的表面能極低，其轉(zhuǎn)移膜在對摩面上的附

著性較差，導致PTFE做摩擦材料時具有嚴重的磨損。同時，由于PTFE的彈性模量小，線膨脹系數(shù)大，承

載能力低，使其作為摩擦件使用受到了限制。目前對PTFE 進行改性的方法主要有兩個方面：一方面，通過堿金屬溶液、輝光放電以及等離子體對PTFE材料表面進行改性處理；另一方面，通過向PTFE內(nèi)填充纖維、無機粉末和有機高分子填料完成改性。這些填料的加入，除了提高了PTFE 的耐磨性以外，還可以提高其硬度和剛度，使制品具有良好的抗蠕變性和尺寸穩(wěn)定性。26聚四氟乙烯自潤滑復合材料在常規(guī)環(huán)境下具有較優(yōu)異的摩擦磨損性能，因而它的應用范圍比較廣泛，可以作為軸承、導軌、滾動軸承保持架、活塞環(huán)和葉片等。需要指出的是，通常所說的PTFE的摩擦系數(shù)為0.04，是指PTFE自摩擦時，而且是在新打磨的表面上以低于0.011m/s 的速度進行滑移時才能獲得的。在0.5-4m/s 的速度范圍內(nèi)，PTFE的摩擦系數(shù)為0.2左右，并不低。另外，PTFE基自潤滑復合材料與金屬相比，存在線膨脹系數(shù)較大、導熱性較差的缺陷。27PEEK

(polyetheretherketone

)的應用28PEEK是繼PTFE后又一類倍受歡迎的耐磨減摩材料，

與PTFE相比，其承載能力和耐磨性有了很大的提高，溫度對其摩擦磨損性能及機械性能影響不大。這類

自潤滑復合材料可用于制作飛機上的耐熱、耐有機

溶劑的連接件，汽車軸承支架、活塞密封、發(fā)動機

的傳動裝置，精密電子設(shè)備等零部件。但由于PEEK本身的價格高且成型加工困難，在普通的工程應用

受到了很大的限制。PEEK 是一種半晶態(tài)熱塑性聚合物，具有良好機械性能、抗化學腐蝕性和抗輻射性，顯著的熱穩(wěn)定性和耐磨性。它可以在無潤滑、低速高載下或在液體、固體粉塵污染等惡劣環(huán)境下使用。為了改善其機械性能，尤其是摩擦學性能，常在其中添加聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯腈(PAN) 和碳纖維(FC)等材料，也可添加顆粒增強型材料，或進行特種表面處理(等離子體處理等)。當PEEK及其復合材料與金屬材料相互對磨時，通常在金屬表面形成聚合物轉(zhuǎn)移膜，其結(jié)構(gòu)、成分均與原有的聚合物及復合材料不同，其性能、厚度及連續(xù)程度均對摩擦副的摩擦學性能有重大影響。29超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)工程塑料具有優(yōu)異的物理和機械性能，其機械強度高、硬度高、摩擦系數(shù)小、耐磨性能極佳，在歐美各國受到高度重視，有“驚異塑料”之稱，能替代金屬材料在離心泵和軸承等機械領(lǐng)域中廣泛應用。在玻璃化溫度以下，UHMW-PE的摩擦系數(shù)隨溫度升高而變大；在玻璃化溫度以上，摩擦系數(shù)隨溫度升高而變??；當溫度很高時，材料表層熔化導致摩擦系數(shù)很低。摩擦系數(shù)隨相對濕度的增大而略有降低，這可能是由于UHMW-PE的吸水性很低，同時水對UHMW-PE具有潤滑作用的緣故。30由于聚乙烯的耐熱性不高，硬度低、對熱較敏感、易蠕變，單一的聚乙烯材料往往難于滿足受載、高速等特殊工況條件的要求，往往需要通過共混復合進行改性。采用填料對UHMW-PE進行改性，發(fā)現(xiàn)玻璃纖維等填

料的加入，不僅使UHMW-PE獲得較高剛性,同時又降低表面剪切強度，因而能有效減小UHMW-PE的摩擦

和磨損。填料對UHMW-PE的摩擦磨損性能影響如下：①添加玻璃纖維使摩擦系數(shù)增大；②隨著填料比例的增加磨損量減少；③添加碳纖維對摩擦系數(shù)幾乎沒有影響；④添加石墨、MoS2、聚四氟乙烯可使摩擦系數(shù)變小。31固體潤滑劑的選擇減摩性樹脂基復合材料可以利用含油樹脂或添加固體潤滑劑來提高其減摩自潤滑性能。常用的固體潤滑劑有石墨、MoS2、WS2、PTFE、鉛、氧化鉛等無機物、有機物以及軟金屬。這些材料本身一般都具有低剪切強度和低摩擦系數(shù)，且容易在摩擦偶件的滑動表面形成牢固的固體潤滑膜層。32材料的三大失效：腐蝕、疲勞和磨損33磨損是發(fā)生在作相對運動的相互作用表面上的一種復雜現(xiàn)象。由于材料的耐磨性不像力學性能、物理性能和化學性能那樣屬于材料固有的性能，而是受到摩擦學系統(tǒng)一系列接觸條件、工況、環(huán)境、介質(zhì)等多方面因素的影響，而成為一個系統(tǒng)的性能。材料磨損理論是專門研究材料的磨損失效形式、磨損機理、影響磨損的因素、磨損的監(jiān)視與監(jiān)控方法、耐磨材料以及耐磨表面技術(shù)的新學科，涉及到機械、物理、冶金和化學等諸多學科。但至今對它的認識基本上仍是經(jīng)驗性的.內(nèi)容:磨損的定義和分類磨損評定參數(shù)粘著磨損磨料磨損表面疲勞磨損腐蝕磨損就聚合物而言，除此之外還涉及蠕變磨損和老化磨損等。34磨損有益的：機器在跑合（Running-in）階段的磨損、研磨、拋光、磨削等加工。有害的：材料（80%零件失效）損耗能源（1/3-1/2）消耗35磨損的定義和分類36磨損下一個嚴格的定義并非易事。英國機械工程師學會所下的定義是“由于機械作用而造成物體表面材料的逐漸損耗”，這似乎排除了電和化學作用所產(chǎn)生的作用?？死蠣査够碌亩x是“由于摩擦結(jié)合力反復擾動而造成的材料的破壞”，顯然過分強調(diào)疲勞的作用。較完善的定義：任一工作表面的物質(zhì)，由于表面相對運動而不斷損失的現(xiàn)象，稱為磨損（WEAR）。包括：Single-sided

Wear，Double-sided

Wear。由于磨損的復雜性，不同學者提出了不同的分類方法，至今尚無統(tǒng)一的分類方法。1957年比尤維爾(Burwell)提出按照磨損機制進行分類。把磨損分成粘著磨損（Adhesive

wear）、磨粒磨損（Abrasive

wear）、腐蝕磨損（Corrosive

wear）與表面疲勞磨損（SurfaceFatigue

wear）等。371979年德國標準化協(xié)會(German

Institute

forStandardization)公布了磨損標準(DIN50-320“磨損”)。按下述幾方面對磨損進行了分類：磨損中所包含的材料(固體、液體等)；摩擦學作用力的動力學類型(滑動、滾動、沖擊等)；界面磨損的機制(粘著、磨粒、表面疲勞等)。根據(jù)DIN50-320，磨損機制主要分成四種：粘著磨損、磨粒磨損、表面疲勞及摩擦-化學反應(Tribo—Chemical

Reactions)。38磨損研究的對象雖然只是材料表面層破壞失效的問題，但要把這個薄層內(nèi)的問題研究清楚，是非常復雜和困難的任務。表面層的厚度只有幾個納米到幾十微米的量級，對這個

薄層的組織和性能進行分析測定需要特殊的方法與手段；更主要的是它涉及到很多學科和一系列的影響因素：涉及到固體力學、流體力學、表面物理、表面化學、冶金學、材料學、機械學等學科；影響因素則包括載荷、速度、溫度、潤滑劑類型及特性、環(huán)境介質(zhì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計、接觸面粗糙度、所用材料類型、組織結(jié)構(gòu)及性能等等。3940粘著磨損41粘著：當一固體材料在另一個固體材料表面上滑動或壓

在其表面上時，由于分子力的作用使兩個表面發(fā)生焊合，當施加的外力大于焊合點的結(jié)合力將兩表面拉開時，剪

切一般發(fā)生在強度較低的固體材料一面，在強度較高材

料的表面將粘附有強度較低的材料。粘著磨損實際是相互接觸表面上的微凸體不斷形成粘著

結(jié)點和結(jié)點斷裂并形成磨屑而導致摩擦表面破壞的過程。當兩種聚合物材料滑動接觸時，內(nèi)聚力較弱的聚合

物會粘著轉(zhuǎn)移到內(nèi)聚力較強的聚合物上，產(chǎn)生粘著

磨損；當聚合物材料與金屬對磨時，剪切強度遠小

于金屬的聚合物材料表面受到損傷，形成轉(zhuǎn)移膜、

依附膜及磨屑?？梢杂行У乇Ｗo金屬材料不受磨損。粘著磨損與對磨材料的性質(zhì)、溫度、法向載荷等有關(guān),當溫度接近材料的玻璃化溫度時，聚合物材料本體強度下降，甚至小于界面的剪切強度，可能有聚合物材料的團塊轉(zhuǎn)移到對磨面上，造成材料嚴重損傷。42粘著磨損分類：(根據(jù)摩擦表面的破壞程度)43輕微磨損：發(fā)生在摩擦初期，如機器跑合；程度決定于載荷和速度；剪切破壞發(fā)生在粘結(jié)點上端，表面材料的轉(zhuǎn)移輕微；涂抹(Smearing)：金屬從一個表面離開，并以很薄的一層堆積在另一個表面的現(xiàn)象；擦傷(Scratching)：沿滑動方向產(chǎn)生細小抓痕的現(xiàn)象；劃傷(Scoring)：在滑動表面之間，局部產(chǎn)生固相焊合(Solidphase

welding)時，沿滑動方向形成較嚴重的抓痕的現(xiàn)象；膠合(Scuffing)：在滑動表面之間，由于固相焊合產(chǎn)生局部破壞，但尚未出現(xiàn)局部熔焊的現(xiàn)象；咬死(Seizure)：由于界面的摩擦使相對運動停止的現(xiàn)

象。

磨料磨損44在歐洲合作與發(fā)展組織(OECD)編定的摩擦學術(shù)語對磨料磨損下的定義為：“由于硬顆粒或硬突起物使材料產(chǎn)生遷移而造成的一種磨損”。對磨料磨損的分類方法也很多。許多文獻經(jīng)常引用的是

Avery和Rigney的分類方法（表2-6）；也采用不同的系統(tǒng)特性來分類（表2-7）。磨料磨損很少是一種單一的磨損機制所引起，而經(jīng)常是多種磨損機制綜合作用的結(jié)果。而且，隨著磨損條件的變化，可以從一種磨損機制轉(zhuǎn)化成另一種磨損機制。在工業(yè)領(lǐng)域，磨料磨損是最主要的一種磨損類型，約占50％。在磨料磨損過程中，形成磨屑的機制主要有兩種：45一．由塑性變形機制引起的去除過程。當磨料與塑性材料表面接觸時，主要會發(fā)生兩種主要的材料去除過程(圖2-9)。犁溝：材料受磨損的擠壓向兩側(cè)產(chǎn)生隆起。并不會直接引起材料的去除，但在多次變形后會產(chǎn)生脫落而形成二次切屑。微觀切削：材料在磨料作用下發(fā)生如刨削一樣的切削過程。這種過程可直接造成材料去除，形成一次切屑。46二．由斷裂機制引起的去除過程。47這種過程在脆性材料中顯得特別重要。例如陶瓷、碳化物和玻璃等，它們對于斷裂破壞十分敏感。圖2-11表示由于斷裂機制形成徑向、中間及橫向裂紋的示意圖。當施加載荷較大、磨料尖銳以及材料的斷裂韌度與硬度的比值愈低時，材料愈趨向于壓痕斷裂。材料的硬度決定了磨料顆?？赡軌喝氲纳疃?。如果壓痕深度大于產(chǎn)生斷裂的臨界深度時，材料因斷裂機制產(chǎn)生的去除過程就會優(yōu)先發(fā)生。48三. 在磨料磨損過程中兩種機制的轉(zhuǎn)換無論是塑性材料或脆性材料，都可能發(fā)生塑性變形及斷裂兩種機制。只是由于磨損環(huán)境條件及材料特性不同，某一種磨損機制會占主導地位，而且常常隨條件的變化發(fā)生一種磨損機制向另一種磨損機制的轉(zhuǎn)換。應當指出，斷裂機制要比塑性交形造成的材料損失大得多。49實際的磨料磨損過程是一個復雜的多種因素綜合作用的摩擦學系統(tǒng)。利用系統(tǒng)分析方法可以較為清楚地考察各個組元及其相互作用以及環(huán)境條件的影響。圖2-13表示了在磨料磨損系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中各種影響因素及其主要參數(shù)。5051磨料形狀(尖銳度)對磨料磨損過程也有明顯的影響。由于各種磨料的形狀難以測量和定量區(qū)別，一般僅定性的將磨料形狀分為三種典型類型：即尖銳型、多角型和圓型。52表面疲勞磨損53由于交變應力使表面材料疲勞而產(chǎn)生物質(zhì)的轉(zhuǎn)移稱為疲

勞磨損，也定義為“當兩個接觸體相對波動或滑動時，

在接觸區(qū)形成的循環(huán)應力超過材料的疲勞強度的情況下，在表面層將引發(fā)裂紋，并逐步擴展，最后裂紋以上的材

料斷裂剝落下來的磨損過程”。疲勞磨損的最普遍形式是出現(xiàn)在呈波動接觸的機器零件表面上，如滾動軸承、齒輪、軋輥等，其典型特征為點蝕及剝落，這種形式的磨損也常稱為接觸疲勞。疲勞磨損有點蝕、剝落、剝層與擦傷。也有人根

據(jù)疲勞磨損的表面特征及磨損的發(fā)生、發(fā)展過程，將疲勞磨損分為點蝕、淺層剝落和硬化層剝落。點蝕與剝落是機器零件表面上接觸疲勞損傷的典型特征。點蝕裂紋一般都從表面開始，向內(nèi)傾斜擴展(與表面成10-30度角)，最后二次裂紋折向表面，裂紋以上的材料折斷脫落下來即成點蝕，因此單個的點蝕坑的表面形貌常表現(xiàn)為“扇形”或“貝殼形”。54剝落裂紋一般起源于亞表居內(nèi)部較深的層次(如可達幾百微米)，沿與表面平行的方向擴展，最后形成片狀的剝落坑。一般認為，剝落裂紋是由亞表層的循環(huán)切應力引起的。55腐蝕磨損56腐蝕磨損是指在磨損過程中物體表面與周圍環(huán)境的化學或電化學反應起主要作用時的磨損現(xiàn)象。強烈變形區(qū)往往具有較高的位錯密度和腐蝕活性，在電化學腐蝕過程中將成為陽極而其余部位成為陰極，構(gòu)成所謂“應變差電池”。這種塑性變形可使腐蝕速度提高兩個數(shù)量級左右。根據(jù)腐蝕介質(zhì)的性質(zhì)，可將腐蝕磨損分為兩大類：

1．化學腐蝕磨損2．電化學腐蝕磨損機械磨損部件在同一摩擦過程中，摩擦磨損與摩擦修復往往同時存在，兩者不平衡時表現(xiàn)為磨損或負磨損,平衡時則表現(xiàn)為“零磨損”，而極不平衡時則表現(xiàn)為熔焊或膠合。摩擦磨損的自適應、自修復是材料學和摩