摩擦学发展简介

作者简介：罗锦洁（1986-），女，汉，四川仪陇人，硕士，助教，研究方向：材料表面改性。

摘要：简要介绍了摩擦磨损，对摩擦磨损的产生的起源、摩擦学机理的研究情况、摩擦磨损性质的划分及在不同阶段摩擦学发展的状况进行了简述，在已有的研究基础上，并对未来摩擦磨损发展的前景进行展望。

关键词：摩擦磨损；摩擦学机理；发展

大自然中运动的物体普遍存在有相互摩擦磨损的现象，人类的饮食起居日常的生产活动都与此紧密相连，摩擦磨损影响的范围是及其宽广的，普通人的衣食住行、生产活动中机器转动、搓手取暖、汽车行驶等都是摩擦磨损现象，而摩擦磨损本身有利也有弊，摩擦磨损在一定程度上带给我们能源的损耗及资源的浪费，同时它也给我们的生活带来益处，被我们所服务，在古猿人时代，人类就学会了通过摩擦生热的方法来取火，而对于摩擦的定义、研究却一直没有起步，直到15世纪意大利文艺复兴时期达芬奇、库伦等科学家才对其进行具体科学研究，才定义出被日后人们所认知的摩擦三定律，虽然有了摩擦定律可系统的研究却一直是空白，而直到20世纪30年代，摩擦磨损才开始引起科学家重视被人们所研究。

经过科技发展的不断进步及科学家不断在研究探索，在大量的实验数据及实验现象总结积累，出现了大量的针对摩擦磨损现象的物理公式及定理推论，对部分摩擦磨损现象予以解释并给予量化，时至今日，虽然对摩擦磨损的机理的研究探讨有了较大的进步，但是仍然没有统一的理论标准。我们知道摩擦磨损相互关联，密不可分，有摩擦现象必然会带来磨损，出现磨损也一定由摩擦带来，有人会说摩擦就是磨损，磨损就是摩擦，其实这是两个完全不同的概念，摩擦指的是相互接触两个物体发生相互运动，并产生了阻碍相对运动的阻力，而磨损是指两个以上的物体摩擦表面在法向力的作用下相对运动，最终物体形状、尺寸、组织和性能受到介质、温度、载荷等影响而发生变化[1]。

目前在对摩擦磨损的分类上，有几种比较客观统一的观点。摩擦主要分为三类：1.动摩擦和静摩擦（依据接触面是否存在相对移动来划分）2.滑动摩擦和滚动摩擦（依据摩擦副的运动形式不同划分），对于接触表面发生相对滑动或有相对滑动趋势成为滑动摩擦；接触面为滚动摩擦的称为滚动摩擦。3.干摩擦、湿摩擦和混合摩擦（依据摩擦接触表面润滑状况），摩擦接触表面无润滑情况称为干摩擦；摩擦接触表面有润滑剂的情况称为湿摩擦；在一些特殊情况下，摩擦接触表面凹凸不平，摩擦接触面上既有润滑部分又有干燥部分，是处于一种混合状态，称为混合摩擦[2]。磨损也可化分为三类：1. 干磨损、湿磨损和流体磨损（依据磨损的环境和介质的状态）；2. 金属—金属磨损、金属—磨料磨损和金属—流体磨损（依据对磨副材料的属性）；3.冲击磨损、粘着磨损、疲劳磨损、滑动磨损（依据磨损机理的性质）[3]。

自古埃及时代起科学家们就开始对摩擦现象进行了探索，但是经历了漫长的时代演变，摩擦磨损的理论机理仍然没有完全一致的见解，尽管对摩擦磨损的探索已较为深入。阿孟顿最先提出机械互锁学说，他是第一个把摩擦磨损现象量化的人，机械互锁学说的主要理论是强调两个接触的对磨副表面是凹凸不平的，这些凸起的部分就像一个个小山峰互相咬合阻碍对方的运动，对磨副之间接触面摩擦因数的大小和其粗糙程度成正比，但是如果对磨副表面绝对光滑却无法解释这些现象；达·芬奇提出摩擦系数这个概念，他用一些固体材料如木块、石头等做摩擦磨损实验，记录并分析数据最终得出这样一个结论重物之间的摩擦力的大小和接触面积有关；德萨居利斯于1734年提出了分子粘着说这一理论，他认为摩擦磨损的产生是由于分子之间的粘合力互相作用所引起的，这一新的结论完善了机械互锁学说，但是对于摩擦磨损过程中摩擦系数与接触面粗糙程度成正比的现象仍然无法解释；机械互锁学说、摩擦系数的提出、分子粘着说这些关于摩擦磨损的理论都存在缺陷，人们在进入20世纪初后才开始将机械原理和分子学说结合起来研究摩擦磨损，这种对摩擦磨损新的探讨方式为现代摩擦学打下了基础，最初的关于固体摩擦学理论雏形形成了。苏联科学家克拉盖尔最早提出的分子-机械学说，这一学说认为摩擦磨损的过程需要克服分子间作用力及机械变形抗力，由此产生了摩擦力，Bowden认为摩擦力的产生是由于粘着力和产生犁沟的力之和，这一学说使摩擦学理论又向前迈进了一大步，经过了不断的探讨与实践，最终形成了摩擦变形-黏着-犁沟，简言之摩擦力产生是由三大因素决定的机械变形力、犁沟作用力、黏着力[4]。

当前最为流行的宏观摩擦理论，大多人赞同并认为摩擦的产生主要是由于接触面间不光滑所引起的，包括峰齿的咬合、机械变形、材料之间互相黏着、剪切力等，现在有许多先进的仪器可以应用于摩擦学的微观领域，例如扫描电镜、表面力仪、X射线衍射仪、石英体微天平等，这些应用于微观领域的先进仪器对摩擦学的发展有极大的帮助，如今在摩擦学微观的研究领域的学者范围、专业越来越广泛，包括物理、化学、机械等，许多专家预言，摩擦学的研究会在近年来有更大的突破[5]。（作者单位：重庆三峡学院机械学院）

参考文献：

[1]韩雪英，王影.摩擦产生的机理与分类.东北电力大学学报，2010，30（4）： 79～83

[2]温诗铸.我国摩擦学研究的现状与发展.机械工程学报.2004，4（11）：1～5

[3]孙义明，等. 聚合物/纳米无机粒子摩擦复合材料研究进展.塑料科技.2003.

[4]温诗铸，材料磨损研究的进展与思考.摩擦学学报.2008，28（1）：1～5

[5]胡元中，王慧，邹鲲等.超滑和界面摩擦及耗散过程——关于摩擦机理微观研究的思考与展望.摩擦学学报，2000，20（4）：313～316