[發明專利]一種金屬表面在摩擦過程中真實接觸面積的測定方法

有效

• 申請號: 202210183574.1
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114543742B
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發明（設計）人: 周天豐;王瑛;于謙;劉朋;趙斌;梁志強;劉志兵;王西彬
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01B21/28
• 分類號: G01B21/28;G01B15/02
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 霍苗

本發明屬于摩擦學研究技術領域，提供了一種金屬表面在摩擦過程中真實接觸面積的測定方法。本發明的測定方法，固定待測金屬材料不動，在正壓力F_n的作用下，滑動摩擦副在所述待測金屬材料上做往復運動進行面面滑動摩擦；所述面面滑動摩擦后，測定待測金屬材料的塑性變形層的厚度T；按照公式1計算得到待測金屬材料表面在摩擦過程中的真實接觸面積A：公式1中，F_n為正壓力，單位為N；A為待測金屬材料表面在摩擦過程中的真實接觸面積，單位為m²；σ_s為待測金屬材料的屈服應力，單位為Pa，T為塑性變形層厚度，單位為m。本發明的方法進行面面滑動摩擦，能夠對各種粗糙度的金屬材料在摩擦過程中的真實接觸面積進行測定。

技術領域

本發明涉及摩擦學研究技術領域，尤其涉及一種金屬表面在摩擦過程中真實接觸面積的測定方法。

背景技術

對于相互摩擦的金屬結構表面，真正的接觸面積往往很小，如圖1中的(a)所示，真實接觸面積只有圖1(a)中的陰影部分(1,2,3……j)，共j個接觸單元，這就導致當施加在接觸表面的載荷很小時，也有極大可能在接觸表面產生塑性變形甚至是磨損。對于任意一個接觸單元i，摩擦副的接觸實際為兩個凸起的接觸，如圖1中的(b)所示，接觸區域可以近似為半徑為r_i的圓形，如圖1中的(c)所示。通過獲得每個接觸單元的真實接觸面積的半徑r_i，可獲得摩擦副真實接觸面積通過真實接觸面積可以指導在實際施壓過程中的載荷值，有效解決由于載荷過大而導致的配合表面磨損、失效。

由于表面形貌的隨機性與多尺度性，理論計算十分困難，通常采用實驗法測量，主要的實驗法有光學測量法，光學測量法的優點是可以借助于計算機圖像處理技術在線實時觀測摩擦界面真實接觸面積的演化，運用圖像處理技術計算真實接觸面積比，但只適用于表面粗糙度較低的表面。而實際中的金屬工件表面均是經過銑削得到的，表面粗糙度都很高，如何測定金屬工件在摩擦過程中的真實接觸面積有待解決。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種金屬表面在摩擦過程中真實接觸面積的測定方法。本發明提供的測定方法能夠適應各種粗糙度表面的金屬表面在摩擦過程中真實接觸面積的測定。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種金屬表面在摩擦過程中真實接觸面積的測定方法，包括以下步驟：

固定待測金屬材料不動，在正壓力F_n的作用下，滑動摩擦副在所述待測金屬材料上做往復運動進行面面滑動摩擦；

所述面面滑動摩擦后，測定待測金屬材料的塑性變形層的厚度T；

按照公式1計算得到待測金屬材料表面在摩擦過程中的真實接觸面積A：

公式1中，F_n為正壓力，單位為N；A為待測金屬材料表面在摩擦過程中的真實接觸面積，單位為m²；σ_s為待測金屬材料的屈服應力，單位為Pa，T為塑性變形層厚度，單位為m。

優選地，所述待測金屬材料的摩擦面包括平面或曲面。

優選地，所述測定待測金屬材料的塑性變形層的厚度包括：在待測金屬材料的塑性變形區域做縱向剖面，從所述縱向剖面進行掃描電鏡測試，根據得到的掃描電鏡照片得到塑性變形層的厚度T。

本發明提供了一種金屬表面在摩擦過程中真實接觸面積的測定方法，包括以下步驟：固定待測金屬材料不動，在正壓力F_n的作用下，滑動摩擦副在所述待測金屬材料上做往復運動進行面面滑動摩擦；所述面面滑動摩擦后，測定待測金屬材料的塑性變形層的厚度T；按照公式1計算得到待測金屬材料表面在摩擦過程中的真實接觸面積A：