什么是表面形貌?

[拼音]：biaomian xingmao

[外文]：surface topography

摩擦副表面的几何形态和性质。当相关的工作表面间存在薄的润滑油膜时，工作表面靠近会使两表面的峰谷阻遏或疏导润滑油的流动，这将影响摩擦力和油膜厚度的计算结果。两表面再靠近，则两面峰顶发生接触或碰撞，由此而产生的摩擦热不仅对油有热效应，而且会影响边界膜的形成和破裂。至于接触着的摩擦副表面的磨合和磨损过程，当然更与表面的原始形貌和磨痕形貌有关。表面形貌对于研究摩擦学问题十分重要，但直到20世纪60年代人们才逐渐认识，到70年代后期才将它与表面损伤联系起来研究。

真实表面属于三维几何形态，可用直角坐标系(图1)描述。xy为工作表面，z为表面高度坐标轴。某一截面的表面轮廓平均高度线(中线)为x坐标轴(图2)，对高度均值有多种表达方法，如轮廓算术平均值


和均方根值


，式中L是取样长度。它们是表征z方向尺寸的一维参数。表征轮廓起伏的间距和频率，则是x方向尺寸的一维参数，如轮廓曲线在中线上相邻交点间的截距均值S m或中线交点密度均值


。表征截面轮廓的二维形貌，需要用z和x两个方向的参数组成。但为了表征轮廓的变化差异，还需要用更多的参数描述。如果表面形貌分布属于正态型的，若选配合理仅用 3个一维参数组即足以表达。P.R.纳雅克根据随机理论，推荐用σ、


和


3个参数。其中


是单位长度内轮廓曲线跨越中线次数的均值（即中线交点密度）；


是单位长度内峰顶数目的均值（即峰顶密度）。

对于摩擦学问题，不仅需要了解轮廓高度变化规律，还需要了解轮廓分布不对称于中线的程度、轮廓各点的斜率均值、平均峰顶曲率和平均峰高等。

对于摩擦学问题，必须考虑组成摩擦副的两个表面的综合效应。对于真实（考虑粗糙度效应的）表面的接触和摩擦磨损问题，不仅要研究干摩擦工作情况，更应考虑界面间有润滑剂或各种表面膜存在的工况。

（1）表征油膜厚薄常用无量纲参数膜厚比


＝h/σ。式中h是油膜厚度;


是综合粗糙度。存在润滑膜的摩擦副，


＞3属于完全d性流体动压润滑状态，由油膜承担绝大部分载荷，不会粘着。


＜1属于边界润滑状态，容易粘着，即使发热不大也可能发生粘着。1≤


≤3，属于部分d性流体动压润滑状态，表面起伏会影响润滑油的流动，可能发生粘着。

（2）接触表面峰顶碰撞，如为塑性变形，可能会导致粘着。判别变形是否进入塑性，可用塑性指数


作为依据。峰顶物理模型若取成球面，根据d塑性理论可导出

式中E′是峰顶材料的综合d性模量

其中E1和E 2是组成摩擦副两零件的材料d性模量，v1和v2是它们的泊松比，H 表示峰顶材料的布氏硬底，σp是平均峰高（平均峰顶位置高度的均方根植），r是平均峰顶的曲率半径。