摩擦學(xué)讀書報告(二)

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專業(yè)：機(jī)械電子工程姓名：署恒濤學(xué)號：202210100230

第一部分固液界面簡述

界面現(xiàn)象，相界面上由于存在于本體相不同的作用力而產(chǎn)生的一些現(xiàn)象；被習(xí)慣的稱作“表面現(xiàn)象”；如：固體表面的水滴、海綿吸水等。普通來講界面可以分為五種：固-固、固-液、固-氣、氣-液、液-液。關(guān)于固液界面的特性，它不僅與固體、氣體原來性質(zhì)有關(guān)；而且還與固液兩相本質(zhì)結(jié)構(gòu)、組成甚至所處外界客觀環(huán)境有關(guān)。另外，在實(shí)際狀況中，因?yàn)楣桃航缑嫫胀ǘ紩c大氣接觸，因此在討論固液界面的特性時，切記不要忽略氣相作用，比如氣壓等。

在討論固-液界面時，首先就要討論該界面的潮濕性。潮濕性是指液體在固體表面的鋪展或凝結(jié)的能力。普通認(rèn)為：邊界潤滑膜的機(jī)理與潤滑劑的潮濕性有關(guān)。討論該特性需要考慮的內(nèi)容包括：表面張力、接觸角以及表面張力引起的內(nèi)部壓力。

固液界面的粘著現(xiàn)象與液體的表面張力密切相關(guān)。表面張力可以表述為液體表面在單位長度上的牽引力。

表面張力的方向和液面相切，并和兩部分的分界線垂直，假如液面是平面，表面張力就在這個平面上。假如液面是曲面，表面張力就在這個曲面的切面上。表面張力是分子力的一種表現(xiàn)。它發(fā)生在液體和藹體接觸時的邊界部分。是因?yàn)楸砻鎸拥囊后w分子處于特別狀況打算的。液體內(nèi)部的分子和分子間幾乎是緊挨著的，分子間常常保持平衡距離，稍遠(yuǎn)一些就相吸，稍近一些就相斥，這就打算了液體分子不像氣體分子那樣可以無限蔓延，而只能在平衡位置附近振動和旋轉(zhuǎn)。在液體表面附近的分子因?yàn)橹伙@著受到液體內(nèi)側(cè)分子的作用，受力不均，使速度較大的分子很簡單沖出液面，成為蒸汽，結(jié)果在液體表面層（跟氣體接觸的液體薄層）的分子分布比內(nèi)部分子分布來得稀疏。相對于液體內(nèi)部分子的分布來說，它們處在特別的狀況中。表面層分子間的斥力隨它們彼此間的距離增大而減小，在這個特別層中分子間的引力作用占優(yōu)勢。因此，假如在液體表面上隨意劃一條分界線把液面分成兩部分。這兩部分彼此的吸引力一定大小相等、方向相反。這種表面層中任何兩部分間的互相牽引力，促使了液體表面層具有收縮的趨勢，由

于表面張力的作用，液體表面總是趨向于盡可能縮小，因此空氣中的小液滴往往呈圓球外形。

表面張力F的大小跟分界線的長度成正比。

嚴(yán)格的來講，在固-液界面中，液體的表面張力為氣-液表面張力，如圖1所示。

圖1表面張力與接觸角

)(SVγ-固氣表面張力；)(SLγ-固液表面張力

)(LVγ-氣液表面張力；θ-接觸角

SLV、、-氣體、液體、固體

液體表面自動收縮的現(xiàn)象也可以從能量的角度來分析。普通狀況下，潮濕性是通過測量液體在表面的接觸角來實(shí)現(xiàn)的。如圖1所示，接觸角θ定義為固、液、氣三相交界點(diǎn)上固-液界面與液-氣界面切線之間的夾角。那么我們可以得到接觸角與表面張力之間的關(guān)系為：θγγγcos?+=LVSLSV。普通當(dāng)。＜90θ時被稱為潮濕；當(dāng)。＞90θ時被稱為不潮濕。表面接觸角大，則表示該表面是疏潤性的；反之表示該表面為親潤性，這時它的粘附能大于液體的內(nèi)聚能。而表面接觸角的大小是由固體和液體的表面張力或表面自由能所打算的。

接觸角θ可以用投影法得到，液體的表面張力可以用表面張力測試儀測出。另外，接觸角θ還與固體表面的粗糙度以及溫度等因素有關(guān)。

當(dāng)兩個平行的固體平板之間存有一滴液體時，會在液滴的端部形成彎月面。若液滴內(nèi)部的壓力小于環(huán)境壓力，則彎月內(nèi)凹；反之，彎月面外凸；如圖2所示。

圖2液體彎月面彎月面內(nèi)外的壓力差稱為毛細(xì)壓力或者拉普拉斯壓力，可以為正當(dāng)（內(nèi)部壓力大于外部壓力），也可以為負(fù)值。

按照拉普拉斯公式，毛細(xì)壓力引起的兩平行圓盤的作用力LVF為：

hRFLVLV)

cos(cos212θθγπ+=

式中，21θθ、分離表示液體上下兩表面之間的接觸角；R為圓盤的半徑。由上式可以分析：彎月面力的大小與球面的半徑，液體的表面張力以及接觸角有關(guān)，而與液體的體積無關(guān)。在微尺寸的環(huán)境中，彎月面力應(yīng)被作為重要的作用力不能被忽略。

其次部分固液界面吸附膜

吸附是指在相界面上某種物質(zhì)的濃度不同于體相濃度的現(xiàn)象。因?yàn)楣腆w表面具有一定的表面張力，且在加工成型過程中形成的許多晶格缺陷使得表面的院子處于不飽和或者不穩(wěn)定狀態(tài)，液體的極性基團(tuán)簡單產(chǎn)生吸附，而使表面形成各種摸。表面吸附效應(yīng)對于邊界潤滑和干摩擦狀態(tài)都是非常重要的；有物理吸附膜和化學(xué)吸附膜之分。

當(dāng)氣體或液體與固體表面接觸時，因?yàn)榉肿踊蛟踊ハ辔淖饔昧Χa(chǎn)生的吸附為物理吸附；因?yàn)闃O性分子的有價電子與基體表面的電子發(fā)生交換而產(chǎn)生化學(xué)合力，使得極性分子定向羅列，被稱作化學(xué)吸附。兩者暗示圖如圖3、4所示。前者吸附膜較弱，對溫度很敏感，加熱可使分子解除吸附，且產(chǎn)生吸附于解除吸附是可逆的；后者較為穩(wěn)定，且有不行逆性，要在高溫下才干解除吸附。

圖3物理吸附圖4化學(xué)吸附除上述的吸附膜之外，在不同的相體界面層還會存在化學(xué)反應(yīng)膜。化學(xué)反應(yīng)膜又被稱為表面反應(yīng)膜，通常指外部物