|
|
|
|
 科普文章
科普空間 > 金屬研究所 > 科普文章
掀起“摩擦學”的蓋頭

  經常遇到一些要求表征材料摩擦學行為的人員,他們拿來一種材料說:測量一下這種材料的摩擦系數。那么,材料的摩擦系數如其密度,顏色等,是其固有屬性,是一個特定的數值么?

  聞名世界的埃及金字塔,工程浩大,聰明的古埃及人用木頭做的滑橇和繩子裝運石頭,節省了大量的人力物力;我們自身也會有這樣的感受,在路面上移動同樣質量的箱子時,如果在箱子下面加上滾輪比我們直接拖動要省力得多。這就涉及到摩擦學的一個問題:同樣條件下,即使是同一材料,滾動摩擦系數要比滑動摩擦系數小得多。

  再看一個例子:下過雨雪之后,很多車輛出門都要帶上防滑鏈。因為大家都知道“雨雪過后路面變得十分光滑”。在外界條件相同的情況下,潮濕輪胎與潮濕路面的摩擦系數僅僅約為干燥輪胎與干燥路面的摩擦系數的1/5。再比如,我們在冰上走路要小心翼翼,而路面上卻能行動自如,行走的人沒有改變,可是與我們接觸的另一面(冰面,路面)改變了,摩擦系數也隨之而改變。這就是摩擦學的另一個問題:同樣材料,在有無潤滑或不同接觸情況下,摩擦系數變化很大。

  這樣的事例不勝枚舉,大量的科學研究中也發現,同樣外界條件下,銅在銅上滑動的摩擦系數約為其在硬鋼上滑動的摩擦系數的2倍;石墨的摩擦系數在真空中達到其在空氣中的2倍,磨損甚至高達1000倍;400℃時MoS2的摩擦系數約為其室溫時的4倍……

  由此可見,摩擦行為不是材料的固有屬性,而是在一定工況條件和適宜環境下表現出來的系統特性,是材料的使役行為。

  首先,摩擦系數測定的是兩個接觸面之間發生相對運動或有相對運動趨勢時的數值。在中學課本中,我們就接觸到這樣一些有關摩擦系數的典型數值:書與桌子μ=0.3,冰與木材μ=0.05,閘瓦材料與閘輪μ=1.2,銅與鋼μ=0.7……可見,提到摩擦系數,必然要涉及到兩個接觸面——即摩擦副。此時,摩擦系數與摩擦副的性質息息相關,如摩擦副材質(陶瓷,玻璃,鋼鐵,還是有色金屬等),成分(元素種類,含量,組成合金的性狀),表面狀態(有無織構,有無污染膜,粗糙狀態)等等。

  其次,摩擦系數還與應用環境的載荷,速度,溫度,濕度,氣氛(如空氣,氬氣,氮氣,真空等,有沒有腐蝕性氣氛)等等多種因素有關。摩擦的形式(靜摩擦、滑動摩擦和滾動摩擦),有無潤滑等等也都大大地影響著材料的摩擦系數。

  所以說材料的摩擦系數是指材料在特定摩擦形式,特定外界環境條件下,于特定對磨副之間摩擦產生的數值。摩擦行為體現的是系統特性。

  目前在摩擦學設計中,仍然存在很大的盲區,工程教育中也缺少摩擦學知識的培養,很多人還不知道什么是摩擦學,只曉得一些技術片段。希望淺顯之作能夠有助于更多人員了解摩擦學!   

  作者:劉林林

完整版免费在线观看