[发明专利]一种金属表面在摩擦过程中真实接触面积的测定方法

说明书

本发明属于摩擦学研究技术领域，提供了一种金属表面在摩擦过程中真实接触面积的测定方法。本发明的测定方法，固定待测金属材料不动，在正压力F_n的作用下，滑动摩擦副在所述待测金属材料上做往复运动进行面面滑动摩擦；所述面面滑动摩擦后，测定待测金属材料的塑性变形层的厚度T；按照公式1计算得到待测金属材料表面在摩擦过程中的真实接触面积A：公式1中，F_n为正压力，单位为N；A为待测金属材料表面在摩擦过程中的真实接触面积，单位为m²；σ_s为待测金属材料的屈服应力，单位为Pa，T为塑性变形层厚度，单位为m。本发明的方法进行面面滑动摩擦，能够对各种粗糙度的金属材料在摩擦过程中的真实接触面积进行测定。

技术领域

本发明涉及摩擦学研究技术领域，尤其涉及一种金属表面在摩擦过程中真实接触面积的测定方法。

背景技术

对于相互摩擦的金属结构表面，真正的接触面积往往很小，如图1中的(a)所示，真实接触面积只有图1(a)中的阴影部分(1,2,3……j)，共j个接触单元，这就导致当施加在接触表面的载荷很小时，也有极大可能在接触表面产生塑性变形甚至是磨损。对于任意一个接触单元i，摩擦副的接触实际为两个凸起的接触，如图1中的(b)所示，接触区域可以近似为半径为r_i的圆形，如图1中的(c)所示。通过获得每个接触单元的真实接触面积的半径r_i，可获得摩擦副真实接触面积通过真实接触面积可以指导在实际施压过程中的载荷值，有效解决由于载荷过大而导致的配合表面磨损、失效。

由于表面形貌的随机性与多尺度性，理论计算十分困难，通常采用实验法测量，主要的实验法有光学测量法，光学测量法的优点是可以借助于计算机图像处理技术在线实时观测摩擦界面真实接触面积的演化，运用图像处理技术计算真实接触面积比，但只适用于表面粗糙度较低的表面。而实际中的金属工件表面均是经过铣削得到的，表面粗糙度都很高，如何测定金属工件在摩擦过程中的真实接触面积有待解决。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种金属表面在摩擦过程中真实接触面积的测定方法。本发明提供的测定方法能够适应各种粗糙度表面的金属表面在摩擦过程中真实接触面积的测定。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种金属表面在摩擦过程中真实接触面积的测定方法，包括以下步骤：

固定待测金属材料不动，在正压力F_n的作用下，滑动摩擦副在所述待测金属材料上做往复运动进行面面滑动摩擦；

所述面面滑动摩擦后，测定待测金属材料的塑性变形层的厚度T；

按照公式1计算得到待测金属材料表面在摩擦过程中的真实接触面积A：

公式1中，F_n为正压力，单位为N；A为待测金属材料表面在摩擦过程中的真实接触面积，单位为m²；σ_s为待测金属材料的屈服应力，单位为Pa，T为塑性变形层厚度，单位为m。

优选地，所述待测金属材料的摩擦面包括平面或曲面。

优选地，所述测定待测金属材料的塑性变形层的厚度包括：在待测金属材料的塑性变形区域做纵向剖面，从所述纵向剖面进行扫描电镜测试，根据得到的扫描电镜照片得到塑性变形层的厚度T。

本发明提供了一种金属表面在摩擦过程中真实接触面积的测定方法，包括以下步骤：固定待测金属材料不动，在正压力F_n的作用下，滑动摩擦副在所述待测金属材料上做往复运动进行面面滑动摩擦；所述面面滑动摩擦后，测定待测金属材料的塑性变形层的厚度T；按照公式1计算得到待测金属材料表面在摩擦过程中的真实接触面积A：