浅谈磨损自补偿理论设想

黄豆豆

    论文关键词：摩擦副  选择性转移  仿生摩擦学  磨损自补偿

    论文摘要：基于选择性转移研究成果和仿生摩擦学的概念，提出磨损自补偿理论设想，说明磨损自补偿的三种功能状态，并对各种功能状态进行讨论。

    笔者一直进行钢一铜摩擦副的选择性转移研究r}.27发现在某些润滑介质作用下。在选择,}. ,w:-,c移条件下.钢一铜摩擦副能产生以下减小摩擦磨损的现象:①由于表面微凸体在载荷作用下发生选择性溶解和形成塑性表面膜，因而压强降低;②由于除基体材料的变形外，还有表面膜变形的扩散一空位机理，因此易于发生滑移，并能减小磨损;③由于选择性润滑剂具有还原性，因此能防止摩擦表面氧化;④由于存在双电层电场吸引弥散的余1}微粒·使之沉积在接触区内，因而能大大减“少破润滑油带走的金属微粒;⑤在接触表面形成r聚合物膜，因而能减少摩擦和磨损。

    由于上述原因，选择性转移现象使钢一铜摩擦副具有优异的摩擦学特性。研究发现，在一定的条件下，可使钢一铜摩擦副出现“零磨损”。

    但是。选择性转移仅局限于钢一铜摩擦副，对量大面广的钢一钢摩擦副和其它摩擦副〔如钢一巴氏合金摩擦副)，在同样的选择性润滑介质下，不出现选择性转移现象。

    能否把选择性转移现象外延，扩充。在理论上把选择性转移机理提高一步?

    1磨损目补偿设想的提出

    人们仔细思考一下就会发现。人的牙齿在吃咬食物时，就是一个摩擦磨损过程。可是经过数十年的使用，并未发现牙被磨短;人天天走路。其关节的运动亦是摩擦磨损过程，可是关节并未因为几十年摩擦运动而出现磨损变小，间隙变大，导致丧失行动能力。有摩擦就一定会有磨损。牙齿只是因为它有一自生长过程而补偿了磨损，形成了磨损和补偿的动平衡‘至于关节，生物摩擦学发现.关节本身有一层软膜和关节液.可以自我润滑和自我生长.减小和补偿磨损，而导致零磨损。

    在工业应用中.可否使摩擦副实现永不磨损?

    人类从鸟的飞行中得到启发，学会设计飞机。从鱼的游动中得到启发，学会设计潜艇;……因而诞生了一门科学—仿生学。摩擦学研究能否“仿生。可否提出仿生摩擦学(Bionics-Tribology)的概念?答案应当是肯定的。因此，通过仿生摩擦学的研究，即给非生物摩擦副赋予生物摩擦副的一些特征.将使摩擦副的摩擦学特性得到极大改善。

    从选择性转移的研究基础和仿生摩擦学的概念出发。可以提出磨损自补偿( Wear-Self-Com-pensation)理论设想。

    非生物摩擦副的仿生设计可以这样设想:给非生物摩擦副创造一种“仿生”润滑介质，它既能在摩擦过程中的摩擦机械作用下形成摩擦物理一化学过程和摩擦电化学过程，又能与摩擦表面材料产生能量和物质交换，从而在摩擦表面上形成正机械梯度的金属保护膜，以补偿所产生的磨损.形成磨损自补偿效应。使得非生物摩擦副也能像生物摩擦副那样，在摩擦过程中出现自补偿过程。

    2磨损自补偿状态及讨论

    自补偿过程在摩擦过程中的主导程度无疑会取决于成膜速率与磨损速率的动态平衡程度。它有3个状态，即:①当成膜与磨损处于部分动平衡状态时，则磨损被部分补偿。产生减小磨损的功能;②当成膜与磨损趋于动平衡时，则磨损趋于全部补偿，产生永不磨损的功能:③当成膜与磨损处于超动平衡状态时，则表现磨损为负磨损，而摩擦件增厚或增重，具有不拆卸修复被磨损件的功能。

    因此。磨损自补偿具有3种功能:耐磨功能、无磨损功能和修复功能。

    上述磨损自补偿的3种功能，均是建立在边界润滑条件下的，而不是在流体动力润滑和弹流润滑下。我们作如下讨论。
    c1时磨功饱这种功能是相对容易达到的。对于钢一铜摩擦副，笔者的选择性转移研究已达到这种功能[3L‘〕;对于钢一钢摩擦副，采用一些非牺牲性的添加剂，如i'T}'E * MoSf等，可以达到这种功能;对于既有钢一钢摩擦副，又有钢一铜摩擦副的复杂摩擦学系统.采用一些特殊添加剂[s]，也可以达到这种功能。

    (2)修支功饱这种功能具有不拆卸被磨损件的性能。如汽车发动机摩擦副磨损后，进行不拆卸修复。我们知道，在一个摩擦学系统中。润滑油总要带走一定的磨粒。无论怎样转移，因为不能违反物质不灭定律。总体来说，摩擦副的材料质量.总是减小的。为了达到这种功能。在修复过程中，可以加含有一定金属颗粒的添加剂，在摩擦过程中的化学一物理作用下和电化学作用下，使金属颗粒镀覆在被磨损件上(这里有一个控制问题，防止超镀)。前苏联学者研究的和笔者正在研究的镀覆型添加剂具有这种功能。

    t3?无磨报功饱将上述两种功能进行适当的配比，可达到无磨损功能。