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密封材料的一般结构

2013年10月29日字体:
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  密封材料的摩擦和磨损与物质的内聚功Wc和粘附功Wab有关。在不改变截面积的条件下将截面为1cm2固体柱分成两段时对它所作的功称为内聚功Wc,它表征相同物质的吸引程度。,即拉断后的比表面能增加一倍。假如柱的上段物质a和下段物质b的接触部分的界面能为。
  摩擦表面经常和周围的介质和气体、润滑剂接触。固体表面的分子由于其周围分子或原子吸引力的不平衡性,在表面上产生一个指向空间的力场,所以它有吸引别的分子的能力。当固体表面分子吸附了周围的一些介质后,内部分子对表面分子的引力得到部分抵消,表面能也随着降低,并释放一部分热量。释放的热量称为吸附热。周围介质分子在固体表面的吸附平衡是一种动态平衡。固体表面一方面吸引周围介质的分子;另一方面,在固体表面被吸附的分子因不断的热运动,又有可能脱离固体表面,此过程称为脱吸。当吸附和脱吸的速度相等时,吸附达到平衡。吸附热量的大小反应周围介质分子在固体表面吸附的牢固程度。润滑剂在金属表面的吸附热越大,吸附得也越牢固。密封材料吸附可能为物理作用,也可能为化学作用,分别称之为物理吸附和化学吸附。
  物理吸附是靠分子间的引力形成的。这种吸附并不改变吸附层的分子或电子分布,其吸附能较弱,对温度很敏感,热量可以使分子解吸。这类吸附一般是无选择性的,任何固体对任何液体都有物理吸附。这种吸附速度较大且容易解吸,而且吸附与解吸是可逆的。
  化学吸附是有选择性的。这种吸附靠化学健力把周围分子吸附在表面上,形成新的化合物。由于化学键力的作用范围不超过(2~3)×10-10m,相当于一个分子的厚度,所以化学吸附是单分子层的吸附。在有外加能源加热时,化学吸附膜可以解吸。
  固体表面层结构金属的摩擦与磨损和它的表面层结构有关。密封材料的表面是指纯净的理想表面,例如机加工过程中暴露出来的纯净表面,如果不加处理,很快就会被周围介质所污染,所成各种膜。在金属表面以内,也因加工过程而形成不同性质的层。在表面外层和表面内层的各种物理和化学膜及层的性质是不同的。在表面以下是一种加工变形层,包括毕氏层(Beilby layer)有变形层。毕氏层是一种非结晶层。它是在抛光过程中所形成的,既有金属变形,又产生氧化分子,约70~100厚(1=10-10m;104=1μm)。
  金属表层的一般结构根据加工方式的不同,变形层的厚度也不同。晶粒会细化。表面晶粒细化层和材料结构的变化层深达几十微米。粗加工对这一层扩展得更深些,甚至几百微米。变形层由于硬化的作用而具有较高的硬度。毕氏层是在表面加工成形时由于材料的熔融和塑性流动而形成的薄层。根据环境的不同,在表面以上有三种薄膜组成。最薄的是一种化学吸附膜。其次是单分子层润滑膜(普通脏污膜),这是最基本的边界层。最厚的氧化膜,它是由复合的氧化物组成,越接近空气,氧铁比越高(Fe-FeO-Fe3O4-Fe2O3)。氧化膜的性质和零件本身材料的性质截然不同。在摩擦过程中,表层膜的结构、性质及破裂、再生的规律对摩擦性能影响很大。若摩擦主要发生在膜层内,密封材料的存在使金属摩擦表面不易发生粘着,则摩擦系数将降低,磨损可能减少。
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