摩擦面上吸附膜的存在是一种动态过程。在摩擦过程中,可能因为微凸体使吸附膜受到机械损伤,也可能因为局部摩擦热而被解吸。同时,吸附又会在新生的表面上再次发生,所以是个动态过程。如摩擦条件更有利于解吸,则此类吸附膜的减摩作用也将大大降低。 3.固-液界面的吸附特点(1)固-液界面上的吸附大多是指固体在溶液中的吸附,因而比固体吸附单一气体复杂很多。溶液中至少包含两种组分:溶质和溶剂。(2)溶质吸附量的大小和溶剂之间以及溶质与固体表面之间的相对亲和力的大小有关。如果溶质和溶剂的亲和力大于溶质和固体表面之间的亲和力,则溶质的吸附量小。所以,溶质在溶剂中的溶解度越低,就越容易吸附到固体表面。(3)固体在溶液中的吸附热一般相当于溶解热,它比固-气界面产生化学吸附的热量要小。 二、润湿现象1. 润湿现象的分类润湿是固-液界面上发生的一种吸附现象,这种现象是机械润滑得以实现的基础。根据润湿程度的不同,润湿有以下三种类型:(1)附着润湿液体与固体接触后,液-气界面和固-气界面转变为固-液界面。(2)铺展润湿液滴在固体表面上完全铺展成为覆盖固体表面的一层薄膜,即由原来的固-气界面转变为固-液界面和液-气界面。 (3)浸渍润湿整个固体浸入液体中,从而使原来的固-气界面转变为固-液界面。 2.润湿程度的度量最直观的办法是测量其接触角。以水平板上的液滴为例,当固、气、液三相接触达到平衡时,从三相接触点沿液气界面做切线,该切线与固-液界面形成的夹角,称为接触角。通常认为接触角<90°时,液体可润湿固体;而>90°时,则不能润湿固体。在极端情况下,角度=0°时,液体可完全润湿固体即铺展润湿;角度=180°时,液体完全不能润湿固体。3.润湿现象的实质及其影响因素润湿现象的实质表现为液体本身分子间引力(内聚力)与液体对固体表面分子间引力(粘附力)的综合作用。若粘附力小于内聚力,液体就不可能完全润湿固体,而形成一定的接触角;当粘附力等于零时,液体完全不能润湿固体。粘附力的大小愈接近内聚力,液体润湿固体的能力愈强,而接触角愈小;当粘附力等于内聚力时,液体可完全润湿固体,此时接触角为零。润湿现象与液体和固体的性质密切相关。例如:水与清洁的玻璃或者金属形成的接触角=0,而水与石蜡则形成105-111°;又如水与炭形成41°,而苯与炭形成=0°。能被水等一些极性液体润湿的物质称为亲水性物质,而不能被水等极性液体润湿,但能被苯等一些非极性液体润湿的物质称为疏水性物质。固体表面具有亲水与疏水这两部分相互交替的镶嵌结构
三、表面化学反应与反应膜表面化学反应是指吸附质与固体表面相互作用形成新的化合物的一种化学反应。它与化学吸附的区别在于:化学吸附时的吸附质虽以化学键的方式与固体表面结合,却仍保留自身的独立性质。表面化学反应主要形成两种类型的反应膜,即氧化膜和化学反应膜。 1.氧化膜无润滑油的纯净金属表面与大气中的氧发生化学反应就会形成氧化膜,易在固-气界面上形成的表面膜。因温度不同,在铁的表面可形成三种稳定的氧化物。按其在铁表面形成的顺序依次为:FeO、Fe3O4、Fe2O3。前两种氧化膜强度较高,有助于阻止摩擦表面的粘着,可减轻磨损。而第三种氧化膜容易破裂,在相对运动的界面上,其碎片起着磨粒的作用,会使磨损加剧。温度>570℃2FeS+3O22FeO+2SO2, Fe2oFe3o4FeoFeFeO结构简单,氧化速度快温度150~570 ℃,6Fe+O22Fe3O4结构变化,氧化速度慢温度﹤150℃Fe2O3 (赤铁矿)硬而脆,磨料,增磨. FeFe2oFe3o4 2.化学反应膜化学反应膜是润滑剂中的硫、磷和氯等元素在高温条件下与金属表面产生不可逆化学反应而生成的一种表面膜,它通常都是在固-液界面上成膜。这种表面膜的熔点高,剪切强度低,与基体的结合强度高,是完全不可逆的,比吸附膜更稳定。具有比吸附膜更大的厚度,故可适用于高温、重载和高速的工况。
在润滑剂中加入极压添加剂(EP剂),可促使其与金属形成反应膜。常用的添加剂为含硫、磷、氯等的极性有机化合物。当这些化合物在高温下与金属表面起化学反应,在金属表面上形成一层抗剪强度低的硫化物、磷化物或氯化物这类无机覆盖物。这类膜可将摩擦表面隔开,而且承载能力比吸附膜高。在摩擦过程中如因机械作用被破坏,还能再生。但是对金属磨损作用,却有复杂的效果。因为硫、磷、氯等成分对金属有腐蚀作用。 ?为了防止这类腐蚀作用,可以采用复合添加剂,如加入含锌、铅、钡、釹等元素的有机盐,而生成另一类反应膜,以改善其热稳定性和化学安定性。?以上所述的表面膜(吸附膜和反应膜)通常都覆盖在表面上,使摩擦的固体表面被隔开,有效地防止了固体与固体间的直接接触。这些表面膜具有一定的承载能力,而其机械强度一般都低于固体自身的整体强度,这种表面膜都对摩擦磨损有明显的影响。 1物理吸附膜2化学吸附膜3反应膜4稳定的化学反应膜
五、固-固界面的接触特性1.分子(或原子)间的接触分子(或原子)间存在着吸力和斥力,当吸力和斥力相平衡时,分子(或原子)间有一个正常的距离d。当施加外力使分子(或原子)间的距离大于d时,其间存在着吸力;反之,如使其间距离小于d时,则存在着斥力。当施加的拉力较大,使分子(或原子)间的距离拉开到一定程度时就会发生材料分子的断裂。。?原子沿解理面滑移比较容易,晶体往往沿解理面开裂。要拉开晶格中相互键联的原子(或分子)就必须作功。要拉开非解理面的原子需要的能量就比沿解理面移动原子的能量大。?在洁净的表面(或由于开裂而形成的初生面)上与介质分子间键联的力通常为范德华力。而晶格中有的原子间的键力比范德华力高,就难以将这些原子分开。 ?单晶体不同方位解理而裂开时所需的功是不一样的,所以是各向异性的。而金属(多晶体)因晶体排列错乱,故为各向同性。?对于金属晶体来说,施加外力可使晶格变形。当外力卸除后能恢复到原有形状的称为弹性变形;如外力卸除后不能(或不能完全)恢复到原有形状时,残留下来的永久变形称塑性变形。外力产生弹性变形作的功是可逆的,而产生塑性变形作的功是不可逆的。 五、固-固界面的接触特性2. 两表面间的接触(1)接触面积a) 名义接触面积是指宏观的固-固界面上的边界所决定的宏观接触面积,或两个具有理想的绝对光滑的物体的接触面积An。