摩擦學(xué)發(fā)展簡介

作者簡介：羅錦潔（1986-），女，漢，四川儀隴人，碩士，助教，研究方向：材料表面改性。

摘要：簡要介紹了摩擦磨損，對(duì)摩擦磨損的產(chǎn)生的起源、摩擦學(xué)機(jī)理的研究情況、摩擦磨損性質(zhì)的劃分及在不同階段摩擦學(xué)發(fā)展的狀況進(jìn)行了簡述，在已有的研究基礎(chǔ)上，并對(duì)未來摩擦磨損發(fā)展的前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：摩擦磨損；摩擦學(xué)機(jī)理；發(fā)展

大自然中運(yùn)動(dòng)的物體普遍存在有相互摩擦磨損的現(xiàn)象，人類的飲食起居日常的生產(chǎn)活動(dòng)都與此緊密相連，摩擦磨損影響的范圍是及其寬廣的，普通人的衣食住行、生產(chǎn)活動(dòng)中機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)、搓手取暖、汽車行駛等都是摩擦磨損現(xiàn)象，而摩擦磨損本身有利也有弊，摩擦磨損在一定程度上帶給我們能源的損耗及資源的浪費(fèi)，同時(shí)它也給我們的生活帶來益處，被我們所服務(wù)，在古猿人時(shí)代，人類就學(xué)會(huì)了通過摩擦生熱的方法來取火，而對(duì)于摩擦的定義、研究卻一直沒有起步，直到15世紀(jì)意大利文藝復(fù)興時(shí)期達(dá)芬奇、庫倫等科學(xué)家才對(duì)其進(jìn)行具體科學(xué)研究，才定義出被日后人們所認(rèn)知的摩擦三定律，雖然有了摩擦定律可系統(tǒng)的研究卻一直是空白，而直到20世紀(jì)30年代，摩擦磨損才開始引起科學(xué)家重視被人們所研究。

經(jīng)過科技發(fā)展的不斷進(jìn)步及科學(xué)家不斷在研究探索，在大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)積累，出現(xiàn)了大量的針對(duì)摩擦磨損現(xiàn)象的物理公式及定理推論，對(duì)部分摩擦磨損現(xiàn)象予以解釋并給予量化，時(shí)至今日，雖然對(duì)摩擦磨損的機(jī)理的研究探討有了較大的進(jìn)步，但是仍然沒有統(tǒng)一的理論標(biāo)準(zhǔn)。我們知道摩擦磨損相互關(guān)聯(lián)，密不可分，有摩擦現(xiàn)象必然會(huì)帶來磨損，出現(xiàn)磨損也一定由摩擦帶來，有人會(huì)說摩擦就是磨損，磨損就是摩擦，其實(shí)這是兩個(gè)完全不同的概念，摩擦指的是相互接觸兩個(gè)物體發(fā)生相互運(yùn)動(dòng)，并產(chǎn)生了阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的阻力，而磨損是指兩個(gè)以上的物體摩擦表面在法向力的作用下相對(duì)運(yùn)動(dòng)，最終物體形狀、尺寸、組織和性能受到介質(zhì)、溫度、載荷等影響而發(fā)生變化[1]。

目前在對(duì)摩擦磨損的分類上，有幾種比較客觀統(tǒng)一的觀點(diǎn)。摩擦主要分為三類：1.動(dòng)摩擦和靜摩擦（依據(jù)接觸面是否存在相對(duì)移動(dòng)來劃分）2.滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦（依據(jù)摩擦副的運(yùn)動(dòng)形式不同劃分），對(duì)于接觸表面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)或有相對(duì)滑動(dòng)趨勢成為滑動(dòng)摩擦；接觸面為滾動(dòng)摩擦的稱為滾動(dòng)摩擦。3.干摩擦、濕摩擦和混合摩擦（依據(jù)摩擦接觸表面潤滑狀況），摩擦接觸表面無潤滑情況稱為干摩擦；摩擦接觸表面有潤滑劑的情況稱為濕摩擦；在一些特殊情況下，摩擦接觸表面凹凸不平，摩擦接觸面上既有潤滑部分又有干燥部分，是處于一種混合狀態(tài)，稱為混合摩擦[2]。磨損也可化分為三類：1. 干磨損、濕磨損和流體磨損（依據(jù)磨損的環(huán)境和介質(zhì)的狀態(tài)）；2. 金屬—金屬磨損、金屬—磨料磨損和金屬—流體磨損（依據(jù)對(duì)磨副材料的屬性）；3.沖擊磨損、粘著磨損、疲勞磨損、滑動(dòng)磨損（依據(jù)磨損機(jī)理的性質(zhì)）[3]。

自古埃及時(shí)代起科學(xué)家們就開始對(duì)摩擦現(xiàn)象進(jìn)行了探索，但是經(jīng)歷了漫長的時(shí)代演變，摩擦磨損的理論機(jī)理仍然沒有完全一致的見解，盡管對(duì)摩擦磨損的探索已較為深入。阿孟頓最先提出機(jī)械互鎖學(xué)說，他是第一個(gè)把摩擦磨損現(xiàn)象量化的人，機(jī)械互鎖學(xué)說的主要理論是強(qiáng)調(diào)兩個(gè)接觸的對(duì)磨副表面是凹凸不平的，這些凸起的部分就像一個(gè)個(gè)小山峰互相咬合阻礙對(duì)方的運(yùn)動(dòng)，對(duì)磨副之間接觸面摩擦因數(shù)的大小和其粗糙程度成正比，但是如果對(duì)磨副表面絕對(duì)光滑卻無法解釋這些現(xiàn)象；達(dá)·芬奇提出摩擦系數(shù)這個(gè)概念，他用一些固體材料如木塊、石頭等做摩擦磨損實(shí)驗(yàn)，記錄并分析數(shù)據(jù)最終得出這樣一個(gè)結(jié)論重物之間的摩擦力的大小和接觸面積有關(guān)；德薩居利斯于1734年提出了分子粘著說這一理論，他認(rèn)為摩擦磨損的產(chǎn)生是由于分子之間的粘合力互相作用所引起的，這一新的結(jié)論完善了機(jī)械互鎖學(xué)說，但是對(duì)于摩擦磨損過程中摩擦系數(shù)與接觸面粗糙程度成正比的現(xiàn)象仍然無法解釋；機(jī)械互鎖學(xué)說、摩擦系數(shù)的提出、分子粘著說這些關(guān)于摩擦磨損的理論都存在缺陷，人們?cè)谶M(jìn)入20世紀(jì)初后才開始將機(jī)械原理和分子學(xué)說結(jié)合起來研究摩擦磨損，這種對(duì)摩擦磨損新的探討方式為現(xiàn)代摩擦學(xué)打下了基礎(chǔ)，最初的關(guān)于固體摩擦學(xué)理論雛形形成了。蘇聯(lián)科學(xué)家克拉蓋爾最早提出的分子-機(jī)械學(xué)說，這一學(xué)說認(rèn)為摩擦磨損的過程需要克服分子間作用力及機(jī)械變形抗力，由此產(chǎn)生了摩擦力，Bowden認(rèn)為摩擦力的產(chǎn)生是由于粘著力和產(chǎn)生犁溝的力之和，這一學(xué)說使摩擦學(xué)理論又向前邁進(jìn)了一大步，經(jīng)過了不斷的探討與實(shí)踐，最終形成了摩擦變形-黏著-犁溝，簡言之摩擦力產(chǎn)生是由三大因素決定的機(jī)械變形力、犁溝作用力、黏著力[4]。

當(dāng)前最為流行的宏觀摩擦理論，大多人贊同并認(rèn)為摩擦的產(chǎn)生主要是由于接觸面間不光滑所引起的，包括峰齒的咬合、機(jī)械變形、材料之間互相黏著、剪切力等，現(xiàn)在有許多先進(jìn)的儀器可以應(yīng)用于摩擦學(xué)的微觀領(lǐng)域，例如掃描電鏡、表面力儀、X射線衍射儀、石英體微天平等，這些應(yīng)用于微觀領(lǐng)域的先進(jìn)儀器對(duì)摩擦學(xué)的發(fā)展有極大的幫助，如今在摩擦學(xué)微觀的研究領(lǐng)域的學(xué)者范圍、專業(yè)越來越廣泛，包括物理、化學(xué)、機(jī)械等，許多專家預(yù)言，摩擦學(xué)的研究會(huì)在近年來有更大的突破[5]。（作者單位：重慶三峽學(xué)院機(jī)械學(xué)院）

參考文獻(xiàn)：

[1]韓雪英，王影.摩擦產(chǎn)生的機(jī)理與分類.東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，30（4）： 79～83

[2]溫詩鑄.我國摩擦學(xué)研究的現(xiàn)狀與發(fā)展.機(jī)械工程學(xué)報(bào).2004，4（11）：1～5

[3]孫義明，等. 聚合物/納米無機(jī)粒子摩擦復(fù)合材料研究進(jìn)展.塑料科技.2003.

[4]溫詩鑄，材料磨損研究的進(jìn)展與思考.摩擦學(xué)學(xué)報(bào).2008，28（1）：1～5

[5]胡元中，王慧，鄒鯤等.超滑和界面摩擦及耗散過程——關(guān)于摩擦機(jī)理微觀研究的思考與展望.摩擦學(xué)學(xué)報(bào)，2000，20（4）：313～316