第一章 固体表面课件.ppt

(2) 线缺陷：一个方向上尺寸较大，另外两个方向的尺寸较小的缺陷。位错是典型的线缺陷，主要包括刃型位错和螺型位错。 刃型位错：BC线以上原子向左推移一个原子间距，然后上下原子对齐，在EF处不能对齐，多了一排原子。EF就是线缺陷-刃型位错。 螺型位错：将晶体沿ABCD割开至EF，将割口上下两部分晶体沿-z轴方向相对滑移一个原子间距d，再胶合好。EF就是螺型位错，EF周围的原子面形成以EF为轴线的螺卷面。　　 (3)面缺陷 缺陷若主要沿二维方向伸展开来，而在另一维方向上的尺寸变化相对甚小，则形成面缺陷。 金属晶体中的面缺陷主要有晶体表面、晶界、亚晶界、孪晶界、相界、层错等。 3、晶体结构变化 晶体结构变化可改变表面的摩擦特性。 例如钴在加热时，晶体结构从密排六方晶格转为面心立方晶格，摩擦系数增大，而当温度降到室温时，摩擦系数将与原先密排六方晶格的摩擦系数相符。 二、摩擦表面性质 1、表面张力、表面能和接触角 (1)表面张力 ：在水内部的一个水分子受周围水分子的作用力的合力为零，但在表面的一个水分子却不如此。因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力，所以该分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液体内部，结果导致液体表面具有自动缩小的趋势，这种收缩力称为表面张力。即液体受到拉向内部力的作用，使其表面积收缩和凝聚，这种力叫表面张力 (2)表面能：液体表面的分子受到指向液体内部的拉力作用，如果把液体内分子由内部移向表面就必须克服这种拉力做功。这样，位于液体表面的分子比液体内分子具有较大的势能。把液体表面全部分子具有的势能总和称为表面能。或者定义为将液体内部分子拉到表面上所需作的功。 (3)接触角：当液滴落到固体表面时，它同时受到固-气的界面张力γsg (固体的表面张力)、液-气的界面张力γlg (液体的表面张力)和固-液的界面张力γsl的作用，当γsg = γsl + γlg×cosθ (杨氏公式)时，液滴在表面上达到平衡，且具有一固定的形态。θ为接触角，是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线与固-液交界线之间的夹角，是润湿程度的量度。若θ=0°，则液体可完全润湿固体；若θ90°，则固体是亲液的，即液体可润湿固体，其角越小，润湿性越好；若θ=90°，是润湿与否的分界线；若θ90°，则固体是憎液的，即液体不润湿固体，容易在表面上移动；当θ=180 °，液体完全不润湿固体。 　 接触角的大小衡量固体表面与液体间的润湿性。 不同液体在同种固体表面上，得到不同的接触角，接触角小的液体表面张力小，液体易润湿固体表面。 同种液体在不同种固体表面上，也得到不同的接触角，接触角小的表示固体的表面能高，是亲水表面，接触角大的表示固体的表面能低，是疏水表面，不易与液体亲和也不易与其他固体表面粘着。 固体也有表面张力和表面能。固体的表面能是指将固体拉开而形成新表面时需做的功。如果固体表面十分洁净，则表面处于高能状态。与其他固体表面与这种表面接触，将显示出高的粘着能力，摩擦明显增大。与液体接触时，具有较小的接触角，能很好的与液体润湿，使液体润滑剂能很好的与之亲和，得到低摩擦。 2、表面膜 由于固体表面具有一定的表面张力，且金属零件在加工过程中，形成的许多晶格缺陷使表面原子处于不饱和或非稳定态，空气中的气体分子(O2、N2、CO2)通过自由分子运动对金属表面的撞击，以及润滑油的极性基团等都容易产生吸附，从而形成各种膜。表面吸附效果对于干摩擦和边界润滑状态都十分重要，这种吸附膜隔开了相对运动的表面，减少了表面直接接触，具有一定的承载能力，起到减小摩擦、减轻磨损的作用。根据膜的结构性质不同，表面膜可分为吸附膜和反应膜，吸附膜又有物理吸附膜和化学吸附膜之分。反应膜又有氧化膜和化学反应膜之分。 (1) 吸附膜 物理吸附膜：当气体或液体与金属表面接触时，分子或原子相互吸引而产生的吸附，物理吸附膜可以为单分子层，也可以为多分子层。物理吸附是靠范德华力，吸附能较弱，小于104J/mol。对温度敏感，吸附层薄，热量可使分子解吸。物理吸附一般在常温（或低温）、低速、轻载条件下形成。物理吸附和解附是完全可逆的（例如：水膜） 。 化学吸附膜：由于极性分子的有价电子与基体表面的电子发生交换而产生的化学结合力，使极性分子定向排列，吸附在金属表面所形成的吸附膜，化学吸附膜为单分子层。化学吸附膜牢固，吸附能大，超过104J/mol。化学吸附一般在中载、中速及中温条件下形成，需要高温才能解附。其减磨作用好于物理吸附层。 (2)反应膜 氧化膜：加工后的金属表面化学活性大，容易氧化生成氧化膜。如铁表面的氧化膜从基体内层到外层的氧化物依次为：FeO-Fe3O4-Fe2O3 FeO和Fe3O4的保护作用较好，Fe2O3脆性大易被磨掉成磨粒，加剧磨