三体理论探寻摩擦副表面黏着现象的多重阶段

三体指的是微动体系由两个接触体和第三体磨屑构成，也可进一步分解为五个基本部分，包括两个接触体、依附在接触体上的两个氧化膜以及两接触体间的第三体磨屑。在微动摩擦过程中，上述组成部分独立或耦合发生剪切、变形和滚动等变化。

在对第三体的产生及其作用进行系统分析的基础上，微动三体理论指出，在微动过程中金属间的磨损分为磨屑的形成和演变两个过程，这两个过程连续或同时发生。

（1）磨屑的形成：在这一过程中，摩擦副接触表面在相对运动过程中经历一系列的变化，形成磨屑。接触表面发生黏着和塑性变形，引起表面损伤。接触材料产生加工硬化进而导致结构发生变化，材料脆化形成白层。白层在切向载荷的作用下发生碎裂，剥落形成磨屑。磨屑进一步碎化，开始从接触面迁移溢出。

（2）磨屑的演变：在磨屑形成之处，磨屑粒度处于微米量级，被轻度氧化。进一步，在接触面的不断往复作用下，磨屑进一步碎化迁移，氧化程度加深，磨屑颜色也发生变化，此时磨屑粒度处于0.1μm量级。随着微动过程的持续推进，磨屑氧化程度进一步加深，呈高度氧化状态，粒度大幅度减小，此时磨屑粒度往往处在10 nm量级并伴随着颜色的进一步改变。(www.xing528.com)

图2.9　微动摩擦系数与循环周次的变化关系

利用三体理论，可以很好地解释微动条件下钢铁材料摩擦因数随循环周次的变化过程，微动摩擦因数与循环周次的变化关系如图2.9所示。阶段1为接触初期，该阶段持续时间极短，主要为接触表面膜的去除，摩擦系数较低；阶段2摩擦副表面直接接触，发生黏着，摩擦系数上升，并伴随材料组织结构变化（如加工硬化）；阶段3磨屑剥落，形成第三体层，二体接触逐渐变成三体接触，因第三体的保护作用，黏着受抑制，摩擦系数下降；阶段4磨屑连续不断地形成和排出，达到动态平衡，微动进入稳定阶段。