考虑接触界面材料微观结构与势能参数的滑动摩擦计算研究-摩擦学学报.PDF

第 26 卷 　第 2 期 摩 擦 学 学 报 Vo l 26, 　No 2 2006 年 3月 TR IBOLO GY M arch, 2006 考虑接触界面材料微观结构与势能参数 的滑动摩擦计算研究 许中明 , 黄 　平 (华南理工大学 机械工程学院 , 广东 广州 　510640) 摘要 : 根据独立振子模型的能量耗散机理 ,提出了在无磨损界面摩擦中 ,利用通用界面粘附能量函数计算滑动时接触 界面势能的变化从而计算摩擦力和摩擦系数的方法 ,建立摩擦力和摩擦系数与金属材料表面能与微观结构参数的关 系 ,并利用已有的实验数据进行计算. 结果表明 ,摩擦力与金属材料的表面能基本呈线性关系 ,与比例参数呈线性负相 关关系 ,与晶格常数基本无关. 计算结果与粘附理论公式以及超高真空原子力显微镜试验结果吻合较好. 关键词 : 滑动摩擦 ; 材料微观结构 ; 接触界面势能 中图分类号 : TH 117. 2 文献标识码 : A 文章编号 : (2006) 02 015905 　　 由于固体摩擦机理仍未清楚 ,致使现有的摩擦 擦力的定量计算也依赖于其能量耗散机制 ,其包括 理论只能解释结果而不能准确预测结果. 因此 ,迫切 界面势能的变化 、塑性变形 、犁沟或材料损伤等 ,对 ( 需要在理论和计算上有所突破 , 以提高其对工程实 于无磨损的界面摩擦 工程上对应于弹性接触的滑 [ 1, 2 ] ) 际问题的指导作用 . 摩擦的定量计算与其能量 动摩擦 ,界面势能的变化最主要. [ 5 ] ( 耗散机制密切相关 ,摩擦的能量耗散机制一直是摩 我们根据 Tom lin son 提出的独立振子模型 IO [ 3, 4 ] ) 擦学理论研究的重点 . 近年来 , 随着纳米摩擦学 模型 的能量耗散机理计算无磨损界面摩擦的摩擦 的发展 ,通过对几种原子尺度的摩擦模型如独立振 力和摩擦系数. 根据该模型 ,界面原子在局部势能最 子 [ 5 ] 和 各 种 FK、FKT 模 型 的分 析 与 实验 的对 高点失稳跳跃激发震荡 ,界面势能不可逆地转化为 [ 6～8 ] ( ) 比 ,人们对摩擦的微观机理和能量耗散机制的 耗散能 热能 . 对于缓慢滑动情况 ,可以假定摩擦 认识有了较大进展. 另一方面 ,研究人员已认识到表 系统的势能差全部转化为分子热运动的动能. 因此 面能对摩擦磨损行为和表面接触状态具有重要影 通过计算滑动过程摩擦系统势能变化的总量 ,可以 响[ 9, 10 ] ,其中 , Homo la 等 [ 11, 12 ] 将鹅卵石模型应用于 得出宏观摩擦力所做的功 ,从而得到摩擦力和摩擦 界面分子膜的摩擦研究 ,从而通过表面能计算摩擦