表面形貌

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表面形貌
surface topography

   摩擦副表面的幾何形態和性質。當相關的工作表面間存在薄的潤滑油膜時，工作表面靠近會使兩表面的峰谷阻遏或疏導潤滑油的流動，這將影響摩擦力和油膜厚度的計算結果。兩表面再靠近，則兩面峰頂發生接觸或碰撞，由此而產生的摩擦熱不僅對油有熱效應，而且會影響邊界膜的形成和破裂。至于接觸著的摩擦副表面的磨合和磨損過程，當然更與表面的原始形貌和磨痕形貌有關。表面形貌對于研究摩擦學問題十分重要，但直到20世紀60年代人們才逐漸認識，到70年代后期才將它與表面損傷聯系起來研究。
   表面形貌的表征方式  真實表面屬于三維幾何形態，可用直角坐標系(圖1[三維表面形貌])描述為工作表面,為表面高度坐標軸。某一截面的表面輪廓平均高度線(中線)為坐標軸(圖2[截面的表面輪廓])，對高度均值有多種表達方法，如輪廓算術平均值[0027-05]和均方根值[0027-06]，式中L是取樣長度。它們是表征 方向尺寸的一維參數。表征輪廓起伏的間距和頻率,則是方向尺寸的一維參數，如輪廓曲線在中線上相鄰交點間的截距均值S m或中線交點密度均值[0027-01]。表征截面輪廓的二維形貌，需要用和兩個方向的參數組成。但為了表征輪廓的變化差異，還需要用更多的參數描述。如果表面形貌分布屬于正態型的，若選配合理僅用 3個一維參數組即足以表達。P.R.納雅克根據隨機理論，推薦用[6]、[0027-01]和[0027-02]3個參數。其中[0027-01]是單位長度內輪廓曲線跨越中線次數的均值（即中線交點密度）；[0027-02]是單位長度內峰頂數目的均值（即峰頂密度）。
   對于摩擦學問題，不僅需要了解輪廓高度變化規律，還需要了解輪廓分布不對稱于中線的程度、輪廓各點的斜率均值、平均峰頂曲率和平均峰高等。
   表面形貌的綜合效應  對于摩擦學問題，必須考慮組成摩擦副的兩個表面的綜合效應。對于真實（考慮粗糙度效應的）表面的接觸和摩擦磨損問題，不僅要研究干摩擦工作情況，更應考慮界面間有潤滑劑或各種表面膜存在的工況。
   ①  表征油膜厚薄常用無量綱參數膜厚比[a1]＝/[6]。式中是油膜厚度;[0027-07]是綜合粗糙度存在潤滑膜的摩擦副,[a1]＞3屬于完全彈性流體動壓潤滑狀態,由油膜承擔絕大部分載荷，不會粘著[a1]＜1屬于邊界潤滑狀態，容易粘著,即使發熱不大也可能發生粘著1≤[a1]≤3，屬于部分彈性流體動壓潤滑狀態，表面起伏會影響潤滑油的流動，可能發生粘著。
   ②  接觸表面峰頂碰撞,如為塑性變形,可能會導致粘著。判別變形是否進入塑性，可用塑性指數[4]作為依據。峰頂物理模型若取成球面，根據彈塑性理論可導出
              [0028-01]式中是峰頂材料的綜合彈性模量
          [0028-02]其中E1和E 2是組成摩擦副兩零件的材料彈性模量,1和2是它們的泊松比，H 表示峰頂材料的布氏硬底，[6]是平均峰高（平均峰頂位置高度的均方根植）,是平均峰頂的曲率半徑。
　　　　　　　　　　　　　　　　　鄭林慶