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密封材料的一般結構

     密封材料的摩擦和磨損與物質的內聚功Wc和粘附功Wab有關。在不改變截面積的條件下將截面為1cm2固體柱分成兩段時對它所作的功稱為內聚功Wc,它表征相同物質的吸引程度。,即拉斷后的比表面能增加一倍。假如柱的上段物質a和下段物質b的接觸部分的界面能為。
摩擦表面經常和周圍的介質和氣體、潤滑劑接觸。固體表面的分子由于其周圍分子或原子吸引力的不平衡性,在表面上產生一個指向空間的力場,所以它有吸引別的分子的能力。當固體表面分子吸附了周圍的一些介質后,內部分子對表面分子的引力得到部分抵消,表面能也隨著降低,并釋放一部分熱量。釋放的熱量稱為吸附熱。周圍介質分子在固體表面的吸附平衡是一種動態平衡。固體表面一方面吸引周圍介質的分子;另一方面,在固體表面被吸附的分子因不斷的熱運動,又有可能脫離固體表面,此過程稱為脫吸。當吸附和脫吸的速度相等時,吸附達到平衡。吸附熱量的大小反應周圍介質分子在固體表面吸附的牢固程度。潤滑劑在    

     金屬表面的吸附熱越大,吸附得也越牢固。密封材料吸附可能為物理作用,也可能為化學作用,分別稱之為物理吸附和化學吸附。
物理吸附是靠分子間的引力形成的。這種吸附并不改變吸附層的分子或電子分布,其吸附能較弱,對溫度很敏感,熱量可以使分子解吸。這類吸附一般是無選擇性的,任何固體對任何液體都有物理吸附。這種吸附速度較大且容易解吸,而且吸附與解吸是可逆的。
化學吸附是有選擇性的。這種吸附靠化學健力把周圍分子吸附在表面上,形成新的化合物。由于化學鍵力的作用范圍不超過(2~3)×10-10m,相當于一個分子的厚度,所以化學吸附是單分子層的吸附。在有外加能源加熱時,化學吸附膜可以解吸。
4.固體表面層結構
金屬的摩擦與磨損和它的表面層結構有關。密封材料的表面是指純凈的理想表面,例如機加工過程中暴露出來的純凈表面,如果不加處理,很快就會被周圍介質所污染,所成各種膜。在金屬表面以內,也因加工過程而形成不同性質的層。在表面外層和表面內層的各種物理和化學膜及層的性質是不同的。在表面以下是一種加工變形層,包括畢氏層(Beilby layer)有變形層。畢氏層是一種非結晶層。它是在拋光過程中所形成的,既有金屬變形,又產生氧化分子,約70~100厚(1=10-10m;104=1μm)。
5  金屬表層的一般結構根據加工方式的不同,變形層的厚度也不同。晶粒會細化。表面晶粒細化層和材料結構的變化層深達幾十微米。粗加工對這一層擴展得更深些,甚至幾百微米。變形層由于硬化的作用而具有較高的硬度。畢氏層是在表面加工成形時由于材料的熔融和塑性流動而形成的薄層。根據環境的不同,在表面以上有三種薄膜組成。最薄的是一種化學吸附膜。其次是單分子層潤滑膜(普通臟污膜),這是最基本的邊界層。最厚的氧化膜,它是由復合的氧化物組成,越接近空氣,氧鐵比越高(Fe-FeO-Fe3O4-Fe2O3)。氧化膜的性質和零件本身材料的性質截然不同。在摩擦過程中,表層膜的結構、性質及破裂、再生的規律對摩擦性能影響很大。若摩擦主要發生在膜層內,密封材料的存在使金屬摩擦表面不易發生粘著,則摩擦系數將降低,磨損可能減少。

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