Thực chất có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ mòn của các bề mặt trượt. Tuy ảnh hưởng của các yếu tố này được phân chia theo nhiều đề mục nhỏ nhưng thực chất chúng có mối quan hệ với nhau và rất khó tách các yếu tố riêng biệt. Ví dụ nhiệt độ cao sinh ra ở bề mặt tiếp xúc do tải trọng và tốc độ trượt lớn sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến sự hình thành lớp màng bề mặt và có thể tạo thay đổi về cấu trúc tế vi và độ cứng bề mặt.
4.1. Ảnh hưởng của các lớp màng bề mặt
Cả ma sát và mòn đều là những hiện tượng xảy ra chủ yếu trên bề mặt. Sự tồn tại của các lớp màng (films) có ảnh hưởng quyết định đến ma sát và mòn.
4.1.1. Mòn trong chân không
Trong môi trường chân không với độ chân không tới 10-8 mm Hg, dưới tác dụng của tải trọng pháp tuyến và tiếp tuyến, tiếp xúc ở đỉnh nhấp nhô phát triển không bị hạn chế vì không bị ngăn cản bởi các lớp màng bề mặt (chúng không thể hình thành trong chân không). Các tiếp xúc này "hàn" lại với nhau trên diện tích tiếp xúc lớn tạo nên hệ số ma sát rất cao. Khi hai bề mặt chuyển động tương đối liên kết tại các tiếp xúc nhấp nhô này phải bị phá vỡ. Theo thuyết mòn do dính, tốc độ mòn phụ thuộc vào vị trí bị cắt ở vùng tiếp xúc và do đó diện tích tiếp xúc càng lớn tốc độ mòn càng lớn.
Các thí nghiệm về ma sát và mòn trong chân không có ý nghĩa rất quan trọng khi thiết kế máy bay bay ở độ cao lớn, tên lửa và tàu vũ trụ.
Các chất bôi trơn truyền thống như dầu, mỡ tất nhiên không thể sử dụng trong thời gian dài. Giải pháp hiện nay cho vấn đề bôi trơn trong chân không là các màng kim loại có sức bền thấp, chất bôi trơn rắn hoặc dẻo.
Gần đây, người ta sử dụng kim loại cấu trúc lục giác xếp chặt làm vật liệu ổ trong môi trường vũ trụ để giảm ma sát và mòn.
4.1.2. Lớp màng ôxy hoá
Sau khi gia công cơ trên bề mặt kim loại tồn tại một lớp màng ôxy hoá dày khoảng 5 - 50 lớp phân tử. Khi hai bề mặt trượt với nhau trong không khí, nếu các lớp màng này bị phá vỡ bề mặt kim loại ngay lập tức
được bao phủ bởi một lớp phân tử đơn. Trừ khi tải trọng rất nhỏ, lớp màng ôxy hoá không ngăn cản được tiếp xúc trực tiếp ở đỉnh nhấp nhô giữa hai kim loại điều này đã được chứng minh trong thí nghiệm của Wilson khi đo điện trở tiếp xúc của nhiều cặp vật liệu tiếp xúc trượt với nhau. Lớp màng ôxy hoá có tác dụng ngăn cản sự phát triển diện tích tiếp xúc nhấp nhô bề mặt dẫn đến giảm ma sát và mòn.
Nhiều nhà nghiên cứu phát hiện rằng biểu đồ mòn kim loại có thể chia ra thành hai vùng: mòn trung bình và mòn khốc liệt. Vùng mòn trung bình là vùng tương ứng với tải trọng thấp, sự cản trở ở chỗ tiếp xúc lớn tạo nên các hạt mòn mịn và chủ yếu là các ôxít kim loại nên bề mặt mòn nhẵn. Vùng mòn khốc liệt tương ứng với tải trọng lớn, sự cản trở tiếp xúc nhỏ, các mảnh mòn gồm các mảnh kim loại có kích thước đáng kể nên bề mặt mòn ráp.
Tính chất của lớp màng ôxy hoá có ảnh hưởng rất quan trọng đến tốc độ mòn.
Ví dụ trên bề mặt của nhôm, lớp ôxít đòn và cứng nên khả năng chống mòn khốc liệt kém. Thí nghiệm của Barwell cho thấy khi thép trượt so với thép ở độ chân không 10-4 mm Hg, mòn thấp hơn khi sự trượt xảy ra trong không khí. Có thể giải thích hiện tượng này như sau: ở áp suất 10-4 mm Hg lớp màng ôxy hoá mỏng nhưng dai và liên kết bền còn trong không khí lớp màng này trở nên dày hơn nhưng tác dụng bảo vệ kém.
Ngoài ra lớp màng ôxy hoá cũng có ảnh hưởng lớn tới mòn do cào xước bởi vì các bít kim loại đều cứng và khi tồn tại dưới dạng hạt mòn có tác dụng như các hạt cứng gây mòn.
4.1.3. Bôi trơn nửa ướt (boundary)
Bôi trơn nửa ướt là tình trạng mà lớp màng dầu giữa hai bề mặt trượt không đủ để ngăn sự tiếp xúc trực tiếp ở đỉnh các nhấp nhô. Giống như lớp màng ôxy hoá lớp màng dầu có tác dụng giảm nhưng không thể ngăn hoàn toàn tiếp xúc kim loại-kim loại ở đỉnh các nhấp nhô. Lớp màng này có tác dụng cản trở sự phát triển của diện tích tiếp xúc ở đỉnh nhấp nhô.
Hơn nữa tác dụng giảm mòn của chất bôi trơn còn biểu hiện ở việc hạn
chế sự thâm nhập của các chất lỏng hoặc khí có hoạt tính khi ổ làm việc trong môi trường ăn mòn.
Tác dụng của chất bôi trơn nửa ướt ít phụ thuộc vào tính chất reological mà phụ thuộc vào tính chất hoá học nhiều hơn. Dung dịch axit béo là chất bôi trơn có hiệu quả hơn so với cồn mặc dù chiều dài xích phân tử tương đương vì nó có khả năng dễ bị hấp thụ hơn trên bề mặt kim loại. Tuy nhiên những kim loại không có khả năng hấp thụ a xít béo thì a xít này cũng chỉ là chất bôi trơn tốt như cồn. Như vậy tác dụng của bôi trơn nửa ướt sẽ tăng trong trường hợp khi mà lớp màng hấp thụ được hình thành trên bề mặt kim loại.
Trong trường hợp áp suất tiếp xúc rất lớn như trong ăn khớp bánh răng hypoid, chất bôi trơn hữu cơ ít có hiệu quả bởi vì chúng bị phân tích do nhiệt độ cục bộ cao ở chỗ tiếp xúc. Trong trường hợp như thế các chất phụ gia như Cl hữu cơ hoặc các hợp chất của lưu huỳnh được đưa vào chất bôi trơn. Hỗn hợp này ổn định ở nhiệt độ bình thường và tác dụng với kim loại tại các điểm có nhiệt độ cao cục bộ tạo thành các lớp màng Chloride kim loại hoặc sulphide có tác dụng loại trừ hiện tượng hàn giữa đỉnh nhấp nhô bề mặt và giảm mòn do dính ở mức độ chấp nhận được.
4.1.4. Chất bôi trơn rắn
Các chất bôi trơn rắn được đưa vào bề mặt tiếp xúc của ổ thông qua chất dính kết như resin hoặc dưới dạng bột khi tải trọng nhỏ. Bột sẽ dính vào bề mặt tạo nên một lớp màng bôi trơn. Bột bôi trơn rắn cũng có thể cho vào chất bôi trơn lỏng sau một số chu kỳ trượt sẽ tạo nên một lớp màng bôi trơn ở thể rắn.
Lớp này có tác dụng giảm sự tiếp xúc trực tiếp kim loại - kim loại, hạn chế sự phát triển của diện tích tiếp xúc, tạo bề mặt tiếp xúc chung có sức bền thấp.
Ngoài ra, người ta con phủ lên bề mặt của chi tiết một hoặc nhiều lớp phủ có khả năng chống mòn cao hơn nền để giảm mòn.
4.2. Tác dụng của nhiệt độ
Nhiệt độ trên bề mặt tiếp xúc chung có thể ảnh hưởng tới mòn theo 3
hướng.
- Thay đổi tính chất của cặp vật liệu ở chỗ tiếp xúc.
- Thay đổi dạng của lớp màng tạp chất bề mặt.
- Thay đổi tính chất của chất bôi trơn.
Nhiệt độ cao làm giảm độ cứng của các nhấp nhô bề mặt làm tăng mòn. Vì thế, nên sử dụng dụng vật liệu có độ cứng nóng cao cho các ổ làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao.
Nhiệt độ cao còn là nguyên nhân làm thay đổi pha làm cho tính chất của vật liệu thay đáng kể.
Sự hình thành lớp màng ôxy hoá cũng phụ thuộc vào nhiệt độ. Một tác dụng khác của nhiệt ma sát được Welsh quan sát khi cho vật liệu phi sắt trượt với nhau trong môi trường không khí. Khi tải trọng nhỏ mòn xảy ra mạnh nhưng khi tăng tải tốc độ mòn giảm đáng kể do sự hình thành lớp bề mặt cứng mà theo Welsh là kết quả của sự tác dụng giữa Ni trong không khí với bề mặt trượt ở nhiệt độ cao.
Nhiệt độ cao còn có tác dụng ôxy hoá dầu bôi trơn và sau đó làm cho tác dụng bôi trơn của dầu bị phá huỷ do phản ứng phân tích ở nhiệt độ cao. Trong những trường hợp như thế phải sử dụng các chất bôi trơn rắn.
4.3. Tác dụng của tải trọng
Tăng tải trọng dẫn đến tăng lực ma sát và kèm theo là tăng nhiệt độ.
Khi tăng tải trọng quá một giới hạn nào đó mòn sẽ chuyển sang chế độ mòn khốc liệt khi:
Sự chuyển từ mòn nhẹ sang khốc liệt có thể giải thích do sự tương tác giữa các vùng biến dạng dẻo dưới các tiếp xúc nhấp nhô. Ở chế độ mòn nhẹ các vùng biến dạng dẻo không tương tác với nhau (Hình 3- 26(a)). Khi tải trọng tăng lên, các vùng biến dạng dẻo tương tác với nhau và toàn bộ vùng dưới các nhấp nhô bị biến dạng dẻo (Hình 3-26(b)). Khi đó các quy luật ma sát của armonton không còn nghiệm đúng, mòn khốc
liệt xảy ra.
Hình 3-26: (a) Các vùng biến dạng dẻo độc lập dưới tiếp xúc các nhấp nhô bề mặt của một mặt phẳng dưới tác dụng của tải trọng nhỏ. (b)
Tương tác của các vùng biến dạng dẻo dưới tác dụng từ tải trọng lớn.
4.4. Ảnh hưởng của tính tương thích vật liệu
Theo Rabinowicz khuynh hướng kim loại trượt dính vào nhau mạnh được quyết định bởi tính tương thích vật liệu của chúng, đó là mức độ khuếch tán khi hai kim loại tiếp xúc trong điều kiện của tải trọng và nhiệt. Giảm tính tương thích đi liền với giảm mòn. Cả mức độ tương thích của vật liệu và mức độ bôi trơn đều ảnh hưởng tới mòn. Thực tế không nên sử dụng vật liệu giống nhau trong một đôi ma sát để giảm ma sát và mòn.
4.5. Ảnh hưởng của cấu trúc tế vi
Kim loại có cấu trúc lục giác xếp chặt thể hiện ma sát nhỏ và ít hơn so với vật liệu có cấu trúc thể tâm. Một cặp vật liệu có cấu trúc lục giác xếp chặt hoặc chỉ một vật liệu có cấu trúc này có biểu hiện như nhau về tương tác ma sát và mòn. Cấu trúc lục giác xếp chặt có số mặt phẳng trượt hạn chế là nguyên nhân giảm ma sát và mòn.
4.6. Ảnh hưởng của biên giới hạt
Vùng biên giới hạt là vùng năng lượng cao đặc biệt tại bề mặt. Đối với các vật liệu đa tinh thể, sự tồn tại của biên giới hạt trong vật liệu ảnh
hưởng tới dính, ma sát, nứt bề mặt và mòn.
Thực nghiệm chứng tỏ rằng vật liệu đa tinh thể có mật độ biên giới hạt cao có tốc độ mòn cao hơn so với vật liệu với mật độ biên giới hạt thấp hơn hoặc vật liệu đơn tinh thể.
4.7. Quan hệ giữa ma sát và mòn
Một câu hỏi thường đặt ra về mối quan hệ giữa ma sát và mòn. Trong mòn do hạt cứng (abrasive) ma sát thấp tương ứng với mòn cao do các hạt mòn dễ dàng tách khỏi các bề mặt trượt. Trong trường hợp mòn do mỏi bề mặt, ma sát rất nhỏ có xu hướng đi kèm với mòn mạnh bởi vì sự bôi trơn tốt vừa làm mòn chậm lại vừa làm cho các vết nứt vì mỏi phát triển mạnh. Trong mòn do ăn mòn hoá (corrossive), các yếu tố làm tăng ma sát đồng thời cũng làm tăng mòn.
Trong mòn do dính, tồn tại một mối quan hệ tỷ lệ thuận giữa ma sát và mòn bởi vì các yếu tố dính có ảnh hưởng thúc đẩy cả ma sát và mòn trong trường hợp các bề mặt trượt là kim loại hoặc phi kim.