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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