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第1章 引论1

1.1 摩擦学的特点和意义1

1.1.1 摩擦学的工程先导性1

1.1.2 摩擦学的学科综合性2

1.2 摩擦学的发展及启示4

1.2.1 摩擦研究4

1.2.2 磨损研究4

1.2.3 润滑研究7

1.3 摩擦学实验揭示的表面物理化学效应8

1.3.1 摩擦熔融8

1.3.2 摩擦釉化9

1.3.3 摩擦选择性转移10

1.3.4 跑合11

1.3.5 电-摩擦耦合11

1.3.6 胶合研究13

1.3.7 试验研究与摩擦学理论15

1.4 摩擦学研究的现状15

第2章 摩擦学系统的结构和组成18

2.1 系统论基础18

2.1.1 系统论的主要内容及流派18

2.1.2 系统分析方法的基本规律20

2.1.3 系统结构的基本形式20

2.1.4 系统问题的方法22

2.2 摩擦学研究中的系统方法22

2.3 摩擦系统的元素及其性能24

2.4 摩擦体系的结构26

第3章 热力学基础及摩擦体系的热力学分析30

3.1 非平衡态热力学基础30

3.1.1 局域平衡假设31

3.1.2 连续性方程31

3.1.3 守恒方程32

3.1.4 体系发展判据35

3.2 摩擦体系的组成分析—热力学观点37

3.3 摩擦体系各子过程间的相互作用38

3.3.1 粘滞性流动与化学反应40

3.3.2 材料的粘滞性流动与热传导40

3.3.3 材料的粘滞性流动与扩散40

3.3.4 摩擦化学反应与扩散41

3.3.5 摩擦化学反应与热传导41

3.3.6 热传导与扩散41

3.4 摩擦磨损的热力学研究42

第4章 熵及非平衡统计热力学基础45

4.1 熵与熵产生的概念45

4.2 熵的统计热力学基础47

4.2.1 配分数及其析因子48

4.2.2 分子的运动及其能量49

4.2.3 分子的配分函数51

4.2.4 多原子分了的配分函数54

4.2.5 Einstein固体的统计性质55

4.2.6 内能的统计表示57

4.2.7 熵的统计表示58

第5章 摩擦体系的熵表征60

5.1 摩擦过程材料变化的熵表征60

5.1.1 材料位置变化的熵表征60

5.1.2 材料相态变化的熵表征62

5.2 固—液吸附与脱附过程的熵表征64

5.2.1 吸附对吸附物性质的影响65

5.2.2 吸附物体对吸附剂表面的影响66

5.2.3 吸附动力学66

5.2.4 吸附熵68

5.3 材料损伤的熵表征69

5.3.1 材料强度的微观机制69

5.3.2 材料缺陷与熵的关系70

5.3.3 熵密度与材料破坏的关系74

5.4 材料化学反应的熵表征74

5.5 能量变化的熵表征75

5.5.1 能量传递(位置变化)的熵表征76

5.5.2 能量状态变化的熵表征76

5.5.3 能量形式变化的熵表征77

第6章 摩擦体系的热传导及熵产生79

6.1 热传导及其熵产生的基本理论80

6.1.1 传热方程80

6.1.2 摩擦过程的温度分析81

6.1.3 熵产生的分析84

6.2 传热本构关系84

6.3 一维非稳态传热的熵产生86

6.4 移动热源传热的熵产生89

6.4.1 数理模型89

6.4.2 结果及讨论91

第7章 摩擦体系的材料粘滞性及其熵产生95

7.1 摩擦过程金属材料的塑性流变95

7.1.1 滚动摩擦过程的塑性变形96

7.1.2 微动磨损过程的塑性变形97

7.1.3 滑动摩擦过程的塑性变形100

7.1.4 冲击摩擦过程的塑性变形100

7.2 材料塑性流变的分析及机制101

7.2.1 理想均质材料的塑性变形101

7.2.2 材料的塑性变形机制及其定量表示102

7.3 摩擦过程材料的相变104

7.3.1 摩擦学“白层”104

7.3.2 伪弹性—可逆马氏体相变107

7.4 摩擦过程材料的力学性能108

7.4.1 材料的残余应力108

7.4.2 显微硬度109

7.5 材料的内耗110

7.6 摩擦条件下材料的本构关系111

7.6.1 摩擦过程材料响应的特点111

7.6.2 材料本构关系的基本形式及主要因素112

7.7 材料微结构变化的热力学表述114

7.8 材料粘滞性流动的熵产生分析115

第8章 摩擦化学反应及其熵产生分析117

8.1 热化学反应热力学基础118

8.1.1 化学反应的热力学量变118

8.1.2 化学反应热力学118

8.1.3 化学反应熵产生的唯象关系119

8.2 摩擦化学反应的特点120

8.3 摩擦作用下固体的结构和物理变化122

8.3.1 摩擦带电过程122

8.3.2 摩擦诱导的发射124

8.3.3 摩擦对吸附的影响126

8.3.4 摩擦等离子体127

8.3.5 冲击变形127

8.3.6 断裂128

8.4 摩擦化学反应动力学128

8.4.1 应力活化作用128

8.4.2 温度的影响129

8.4.3 压力的影响132

8.5 润滑剂的摩擦化学效应132

8.5.1 催化反应133

8.5.2 皂化反应133

8.5.3 化学键断裂反应134

8.5.4 聚合反应134

8.5.5 电子活化反应135

8.6 添加剂的摩擦化学反应及其润滑技术135

8.6.1 硫系添加剂的摩擦化学反应135

8.6.2 磷系添加剂的摩擦化学反应136

8.6.3 氯系添加剂的摩擦化学反应136

8.6.4 摩擦化学反应生成新润滑剂137

8.7 摩擦氧化反应139

8.7.1 氧化反应在摩擦中的作用139

8.7.2 摩擦化学反应中的扩散140

8.7.3 摩擦氧化磨损模型142

8.7.4 摩擦氧化物润滑技术143

第9章 扩散过程及其熵产生145

9.1 宏观扩散定律145

9.1.1 扩散基本理论146

9.1.2 广义扩散力作用下的扩散方程147

9.2 扩散机理149

9.2.1 空位扩散机制150

9.2.2 间隙扩散机制150

9.2.3 换位扩散机制151

9.2.4 表面扩散机制152

9.3 扩散的统计热力学152

9.3.1 扩散的微观动力学和热力学152

9.3.2 表面缺陷和表面扩散154

9.4 短路扩散156

9.4.1 表面扩散156

9.4.2 晶界扩散157

9.4.3 表面、晶界和晶格扩散激活能和扩散系数的对比160

9.5 塑性变形时金属的扩散160

9.6 一维等温扩散的熵产生分析161

第10章 润滑的热力学163

10.1 流体润滑的物理基础及其热力学163

10.1.1 流体润滑的物理基础163

10.1.2 流体润滑的数学方程与热力学方程164

10.2 边界润滑的热力学166

10.2.1 边界膜分子结构与摩擦性能间的关系167

10.2.2 边界膜的摩擦性能与热力学参数间的关系168

10.2.3 纳米级边界膜润滑的微观研究170

10.3 气相摩擦催化反应润滑技术170

10.3.1 摩擦催化沉积碳膜润滑171

10.3.2 摩擦催化硫化物润滑174

10.4 摩擦反应氧化膜润滑176

10.5 固相摩擦化学反应润滑技术178

第11章 微动磨损的热力学研究181

11.1 微动损伤及其研究概述181

11.1.1 微动损伤研究的发展181

11.1.2 微动损伤的机理183

11.2 微动磨损的物理模型及熵产生分析184

11.2.1 物理模型184

11.2.2 热传导及其熵产生185

11.2.3 材料的塑性流动、内变量及其熵产生分析185

11.2.4 摩擦化学反应的分析186

11.2.5 熵流的分析187

11.3 微动磨损的简化热力学模型及其预测188

11.4 微动磨损热力学模型的实验189

11.4.1 实验概述190

11.4.2 实验设备191

11.4.3 实验程序及内容191

11.5 实验结果及讨论191

11.5.1 摩擦系数191

11.5.2 磨痕形态与相对微动幅度的关系193

11.6 磨痕表面的观测194

11.6.1 磨痕微观形貌的SEM观察及分析194

11.6.2 磨痕表面的XPS研究195

11.6.3 磨屑分析196

11.7 试样材料组织及力学性能的研究196

11.7.1 截面金相分析196

11.7.2 微观硬度的测定198

11.8 实验结果的分析199

11.8.1 摩擦化学作用199

11.8.2 材料内参量的变化200

第12章 钛合金表面改性及其摩擦学和热力学201

12.1 钛及钛合金的性能、特点201

12.1.1 钛的理化性质201

12.1.2 钛合金的力学性能及其工业应用202

12.2 钛合金的激光处理及其组织学203

12.2.1 钛合金的激光表面改性203

12.2.2 微观硬度204

12.2.3 金相组织及其化学稳定性205

12.2.4 化学组成的变化210

12.2.5 残余应力212

12.2.6 材料转移212

12.2.7 主要结果213

12.3 激光处理钛合金的微动摩擦性能214

12.3.1 试验概述214

12.3.2 网状淬火钛合金的磨擦特性214

12.3.3 面扫描淬火试样的摩擦学219

12.3.4 点接触试验220

12.3.5 试验结论222

12.4 激光处理钛合金的滑动摩擦性能223

12.4.1 试样及试验机223

12.4.2 实验结果及讨论223

12.5 离子镀氮化钛膜的微动磨损试验226

12.5.1 试验概述227

12.5.2 试验结果及分析227

参考文献231