Niesmarowane interakcje powierzchni

Gdyby zaobserwować kontaktowanie się z powierzchniami mechanicznymi na poziomie molekularnym, zauważylibyście, że mogą one być stosunkowo szorstkie, nawet jeśli są obrabiane tak, aby były bardzo gładkie i pojawiają się w ten sposób gołym okiem. Można to porównać do tego, że z perspektywy astronauty ziemia wygląda jak idealna kula, gdy w istocie wypełniona jest górami i dolinami.

Gdy dwie niesmarowane powierzchnie metalowe wchodzą w kontakt, rzeczywisty obszar styku będzie znacznie mniejszy niż widoczny obszar styku. Powierzchnie będą stykać się tylko tam, gdzie te „mikroskopijne góry” zwane chropowatościami są najwyższe i sięgają do drugiej powierzchni, zapobiegając kontaktowi niższych nierówności. Te powierzchnie chropowatości mogą następnie elastycznie odkształcać w zależności od wytrzymałość ściany metalu. W ten sposób rzeczywisty obszar styku wzrośnie proporcjonalnie wraz ze wzrostem obciążenia, ponieważ początkowe punkty styku ulegną elastycznemu odkształceniu, a pierwsze punkty kontaktowe będą się łączyć.

Tarcie

Tarcie, odporność na ślizgające się ruchy oddziałujących powierzchni, podlega kilku czynnikom lub procesom wpływającym. Większość ludzi uważa chropowatość powierzchni za główny czynnik decydujący o tarciu. Jednakże biorąc pod uwagę fakt, że rzeczywisty obszar styku może być mniejszy niż jeden procent obszaru widocznego kontaktu, faktyczna chropowatość staje się znacznie mniej istotna. Kluczowy proces, który przyczynia się do tarcia, jest wynikiem wiązania się adhezyjnego na atomowym poziomie kontaktu z podłożem.

Zużycia

W warunkach, w których nie ma wystarczającej grubości filmu smarnego między powierzchniami metalowymi, punkty styku mogą prowadzić do zgrzewania na zimno, co stanowi warunek wstępny zużycia przyległej powierzchni. Przyległość w tych punktach szczelności przechodzi proces utwardzania roboczego, który wzmacnia materiał. W ten sposób punkt ścinania zachodzi na warstwę poniżej punktu styku chropowatości, gdzie metal nie został utwardzony. Gdy metal jest ścierany, elementy są następnie przenoszone na drugą powierzchnię lub odrywane jako cząstki ścierne.

Przyleganie jest często postrzegane jako początkowa forma zużycia mechanicznego, ale gdy pojawiają się cząstki ścierne (ze zużycia lub ze źródła zewnętrznego), zużycie ścierne może stać się bardziej destrukcyjne. Ta forma ścierania nazywana jest ścieraniem trzema ciałami, podczas gdy ścieranie dwóch ciał jest powodowane przez przecinanie lub żłobienie ostrych powierzchniowych punktów kontaktowych.

Podczas zetknięcia z powierzchnią może wystąpić zużycie materiału. Mechanizmy zużycia wynikają z pęknięć na powierzchniach lub z warstw pod powierzchnią, które zawierają wytrącenia lub inne zanieczyszczenia. Wysokie naprężenia wynikające z warunków toczenia na tych powierzchniach wywołają zużycia.