علم الاحتكاك

علم الاحتكاك هو العلم والهندسة لفهم ظواهر الاحتكاك والتشحيم والتآكل للأسطح المتفاعلة في الحركة النسبية . إنه متعدد التخصصات للغاية، ويعتمد على العديد من المجالات الأكاديمية، بما في ذلك الفيزياء والكيمياء وعلوم المواد والرياضيات والأحياء والهندسة . [ 1 ] الكائنات الأساسية للدراسة في ^علم الاحتكاك هي أنظمة الاحتكاك ، وهي أنظمة فيزيائية للأسطح الملامسة. تشمل المجالات الفرعية لعلم الاحتكاك علم الاحتكاك الحيوي وعلم الاحتكاك النانوي وعلم الاحتكاك الفضائي . كما أنه مرتبط بمجالات أخرى مثل اقتران التآكل وعلم الاحتكاك في تآكل الاحتكاك وميكانيكا التلامس لكيفية تشوه الأسطح الملامسة. ما يقرب من 20٪ من إجمالي إنفاق الطاقة في العالم يرجع إلى تأثير الاحتكاك والتآكل في قطاعات النقل والتصنيع وتوليد الطاقة والسكن. ^[2]

سيقدم هذا القسم نظرة عامة على علم الاحتكاك، مع روابط للعديد من المجالات الأكثر تخصصًا.

اشتُقت كلمة تريبولوجي من الجذر اليوناني τριβ- للفعل τρίβω ، tribo ، "أفرك" في اللغة اليونانية الكلاسيكية، واللاحقة -logy من -λογία ، -logia "دراسة"، "معرفة". صاغ بيتر جوست الكلمة في عام 1966، ^{[1] في التقرير} الذي يحمل نفس الاسم والذي سلط الضوء على تكلفة الاحتكاك والتآكل والتآكل على اقتصاد المملكة المتحدة. ^[2 ]

على الرغم من التسمية الحديثة نسبيًا لمجال علم الاحتكاك، إلا أن الدراسات الكمية للاحتكاك يمكن تتبعها إلى عام 1493، عندما لاحظ ليوناردو دافنشي لأول مرة "القانونين" الأساسيين للاحتكاك . ^[3] وفقًا لليوناردو، كانت مقاومة الاحتكاك هي نفسها لجسمين مختلفين بنفس الوزن ولكنهما يتلامسان على عرضين وطولين مختلفين. كما لاحظ أيضًا أن القوة اللازمة للتغلب على الاحتكاك تتضاعف مع تضاعف الوزن. ومع ذلك، ظلت نتائج ليوناردو غير منشورة في دفاتر ملاحظاته. ^[3]

نُشر "قانونا" الاحتكاك الأساسيان لأول مرة (في عام 1699) بواسطة Guillaume Amontons ، والذي يرتبط اسمهما الآن عادةً. ينصان على أن: ^[3]

• قوة الاحتكاك المؤثرة بين سطحين منزلقين تتناسب طرديا مع الحمل الذي يضغط على السطحين معا
• قوة الاحتكاك لا تعتمد على مساحة الاتصال الظاهرة بين السطحين.

على الرغم من عدم إمكانية تطبيقها عالميًا، فإن هذه العبارات البسيطة تنطبق على مجموعة واسعة بشكل مدهش من الأنظمة. ^[4] تم تطوير هذه القوانين بشكل أكبر بواسطة تشارلز أوغستين دي كولومب (في عام 1785)، الذي لاحظ أن قوة الاحتكاك الساكن قد تعتمد على زمن التلامس وأن الاحتكاك الانزلاقي (الحركي) قد يعتمد على سرعة الانزلاق والقوة العمودية ومساحة التلامس. ^{[5] [6]}

في عام 1798، أجرى تشارلز هاتشيت وهنري كافنديش أول اختبار موثوق به للتآكل الاحتكاكي . في دراسة كلف بها مجلس الملكة الخاص في المملكة المتحدة ، استخدموا آلة ترددية بسيطة لتقييم معدل تآكل العملات الذهبية . ووجدوا أن العملات المعدنية التي تحتوي على حصى بينها تآكلت بمعدل أسرع مقارنة بالعملات المعدنية المتزاوجة ذاتيًا. ^[7] في عام 1860، اقترح ثيودور راي ^[أ] فرضية راي  [هي] . ^[9] في عام 1953، طور جون فريدريك آرتشارد معادلة آرتشارد التي تصف التآكل الانزلاقي وتستند إلى نظرية ملامسة الخشونة . ^[10]

ومن بين رواد أبحاث علم الاحتكاك الآخرين الفيزيائي الأسترالي فرانك فيليب بودين ^[11] والفيزيائي البريطاني ديفيد تابور ^[12] وكلاهما من مختبر كافنديش بجامعة كامبريدج. وقد كتبا معًا الكتاب المدرسي الرائد "احتكاك وتزييت المواد الصلبة" ^[13] (نُشر الجزء الأول في الأصل عام 1950 والجزء الثاني عام 1964). وكان مايكل جيه نيل قائدًا آخر في هذا المجال خلال منتصف إلى أواخر القرن العشرين. وتخصص في حل المشكلات في تصميم الآلات من خلال تطبيق معرفته بعلم الاحتكاك. وكان نيل يحظى بالاحترام باعتباره معلمًا يتمتع بموهبة دمج العمل النظري مع خبرته العملية لإنتاج أدلة تصميم سهلة الفهم. ولا يزال كتاب "دليل علم الاحتكاك" ^[14] ، الذي حرره لأول مرة عام 1973 وقام بتحديثه عام 1995، مستخدمًا في جميع أنحاء العالم ويشكل الأساس للعديد من الدورات التدريبية لمصممي الهندسة.

قام دنكان داوسون بمسح تاريخ علم الاحتكاك في كتابه تاريخ علم الاحتكاك الصادر عام 1997 (الطبعة الثانية). ^[5] يغطي هذا الكتاب التطورات من عصور ما قبل التاريخ، وحتى الحضارات المبكرة ( بلاد ما بين النهرين ، مصر القديمة ) ويسلط الضوء على التطورات الرئيسية حتى نهاية القرن العشرين.

أصبح مصطلح علم الاحتكاك مستخدمًا على نطاق واسع بعد تقرير جوست الذي نُشر عام 1966. ^[1] سلط التقرير الضوء على التكلفة الهائلة للاحتكاك والتآكل والتآكل على اقتصاد المملكة المتحدة (1.1-1.4٪ من الناتج المحلي الإجمالي ). ^[1] ونتيجة لذلك، أنشأت حكومة المملكة المتحدة العديد من المراكز الوطنية لمعالجة مشاكل الاحتكاك. ومنذ ذلك الحين انتشر المصطلح في المجتمع الدولي، حيث يعرف العديد من المتخصصين الآن باسم "علماء الاحتكاك".

على الرغم من الأبحاث الكثيرة التي أجريت منذ تقرير جوست، فإن التأثير العالمي للاحتكاك والتآكل على استهلاك الطاقة والإنفاق الاقتصادي وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون لا يزال كبيرًا. في عام 2017، حاول كينيث هولمبرج وعلي إردمير تحديد تأثيرهما على مستوى العالم. [15] لقد نظروا في القطاعات الأربعة الرئيسية المستهلكة للطاقة: النقل والتصنيع وتوليد الطاقة والسكنية ^. وخلصوا إلى ما يلي : [ 15 ^]

• في المجمل، ينشأ حوالي 23% من استهلاك الطاقة في العالم من الاتصالات الاحتكاكية. ومن هذه النسبة، يذهب 20% للتغلب على الاحتكاك و3% لإعادة تصنيع الأجزاء البالية والمعدات الاحتياطية بسبب التآكل والتلف المرتبط به.
• ومن خلال الاستفادة من التقنيات الجديدة للحد من الاحتكاك والحماية من التآكل، يمكن الحد من خسائر الطاقة الناجمة عن الاحتكاك والتآكل في المركبات والآلات والمعدات الأخرى في جميع أنحاء العالم بنسبة 40% على المدى الطويل (15 عاماً) و18% على المدى القصير (8 أعوام). وعلى نطاق عالمي، ستبلغ هذه المدخرات 1.4% من الناتج المحلي الإجمالي سنوياً و8.7% من إجمالي استهلاك الطاقة على المدى الطويل.
• ومن المتوقع أن تتحقق أكبر معدلات توفير الطاقة على المدى القصير في قطاع النقل (25%) وتوليد الطاقة (20%)، في حين تقدر المدخرات المحتملة في قطاعي التصنيع والسكن بنحو 10 % . وفي الأمد الأبعد، ستبلغ المدخرات 55% و40% و25% و20% على التوالي.
• إن تطبيق تقنيات الاحتكاك المتقدمة يمكن أن يؤدي أيضًا إلى تقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية بما يصل إلى 1460 مليون طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون (MtCO ₂ ) ويؤدي إلى توفير 450.000 مليون يورو في التكاليف على المدى القصير. وعلى المدى الطويل، يمكن أن يصل التخفيض إلى 3140 مليون طن من ثاني أكسيد الكربون _وتوفير 970.000 مليون يورو في التكاليف.

تم تطوير علم الاحتكاك الكلاسيكي الذي يغطي تطبيقات مثل المحامل الكروية ومحركات التروس والقابضات والفرامل وما إلى ذلك في سياق الهندسة الميكانيكية. ولكن في العقود الأخيرة توسع علم الاحتكاك ليشمل مجالات تطبيقية جديدة نوعيًا، وخاصة التكنولوجيا الدقيقة والنانوية بالإضافة إلى علم الأحياء والطب. ^[16]

يُستخدم مفهوم أنظمة الاحتكاك لتوفير تقييم تفصيلي للمدخلات والمخرجات والخسائر ذات الصلة بأنظمة الاحتكاك. تتيح معرفة هذه المعلمات لعلماء الاحتكاك ابتكار إجراءات اختبار لأنظمة الاحتكاك.

الأغشية الاحتكاكية عبارة عن أغشية رقيقة تتكون على الأسطح المجهدة احتكاكيًا. تلعب دورًا مهمًا في تقليل الاحتكاك والتآكل في الأنظمة الاحتكاكية.

يوضح منحنى ستريبيك كيف أن الاحتكاك في جهات الاتصال المزيتة بالسوائل هو دالة غير خطية لزوجة مادة التشحيم وسرعة الانجراف وحمل التلامس.

يحتاج هذا القسم إلى مصادر إضافية للتحقق . يمكن العثور على المناقشة ذات الصلة على صفحة المناقشة . يرجى المساعدة في تحسين هذه المقالة عن طريق إضافة مصادر موثوقة في هذا القسم. قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها. البحث عن المصادر:  "Tribology" – الأخبار  · الصحف  · الكتب  · العلماء  · JSTOR ( أغسطس 2019 ) ( تعرف على كيفية ومتى تزيل هذه الرسالة )

تأتي كلمة الاحتكاك من الكلمة اللاتينية "frictionem"، والتي تعني الاحتكاك. ويستخدم هذا المصطلح لوصف كل تلك الظواهر التبددية القادرة على إنتاج الحرارة ومقاومة الحركة النسبية بين سطحين. وهناك نوعان رئيسيان من الاحتكاك:

الاحتكاك الساكن

التي تحدث بين الأسطح في حالة ثابتة، أو ساكنة نسبيًا.

الاحتكاك الديناميكي

التي تحدث بين الأسطح في الحركة النسبية.

إن دراسة ظاهرة الاحتكاك دراسة تجريبية في المقام الأول ولا تسمح بالتوصل إلى نتائج دقيقة، بل تسمح فقط باستنتاجات تقريبية مفيدة. ويرجع هذا العجز عن التوصل إلى نتيجة محددة إلى التعقيد الشديد للظاهرة. وإذا ما تمت دراستها عن كثب فإنها تقدم عناصر جديدة، الأمر الذي يجعل الوصف العالمي أكثر تعقيدًا. ^[17]

يمكن تبسيط كافة النظريات والدراسات المتعلقة بالاحتكاك إلى ثلاثة قوانين رئيسية، وهي صالحة في أغلب الحالات:

القانون الأول لأمونتونز

قوة الاحتكاك تتناسب طرديا مع الحمل العمودي.

القانون الثاني لأمونتونز

الاحتكاك لا يعتمد على مساحة التلامس الظاهرة.

القانون الثالث لكولومب

الاحتكاك الديناميكي لا يعتمد على سرعة الانزلاق النسبية.

وجد كولومب لاحقًا انحرافات عن قوانين أومونتون في بعض الحالات. ^[6] في الأنظمة ذات حقول الإجهاد غير المنتظمة الكبيرة، لا يتم تلبية قوانين أومونتون على المستوى العياني لأن الانزلاق المحلي يحدث قبل انزلاق النظام بأكمله. ^[18]

لنفترض وجود كتلة معينة m، موضوعة في وضع هادئ على مستوى أفقي. إذا أردنا تحريك الكتلة، فيجب تطبيق قوة خارجية، وبهذه الطريقة نلاحظ مقاومة معينة للحركة تُعطى بواسطة قوة تساوي القوة المطبقة ومعاكسة لها، وهي على وجه التحديد قوة الاحتكاك الساكنة . ^[19]${\displaystyle {\vec {F}}_{خارج}}$${\displaystyle {\vec {F}}_{s.f.}}$

من خلال زيادة القوة المطبقة باستمرار، نحصل على قيمة بحيث تبدأ الكتلة في الحركة على الفور. في هذه المرحلة، مع الأخذ في الاعتبار أيضًا أول قانوني احتكاك مذكورين أعلاه، من الممكن تعريف قوة الاحتكاك الساكن كقوة تساوي في معامل الحد الأدنى للقوة المطلوبة للتسبب في حركة الكتلة، ومعامل الاحتكاك الساكن كنسبة قوة الاحتكاك الساكن . والقوة العمودية عند الكتلة ، والحصول على${\displaystyle \mu }$${\displaystyle {\vec {F}}_{s.f.}}$${\displaystyle {\vec {N}}}$$${\displaystyle {\left|{\vec {F}}_{s.f.}\right|}\leq \mu {\left|{\vec {N}}\right|}}$$

بمجرد تحريك الكتلة، تتعرض الكتلة لقوة احتكاك ذات شدة أقل من قوة الاحتكاك الساكن . تُعرف قوة الاحتكاك أثناء الحركة النسبية بقوة الاحتكاك الديناميكي . في هذه الحالة، من الضروري مراعاة ليس فقط أول قانونين لأمونتون، ولكن أيضًا قانون كولومب، حتى نتمكن من تأكيد أن العلاقة بين قوة الاحتكاك الديناميكي ومعامل الاحتكاك الديناميكي k والقوة العمودية N هي التالية:${\displaystyle {\vec {F}}_{s.f.}}$${\displaystyle {\vec {F}}_{d.f.}}$${\displaystyle {\vec {F}}_{d.f.}}$$${\displaystyle \left|{\vec {F}}_{d.f.}\right|=k{\left|{\vec {N}}\right|}}$$

وفي هذه المرحلة من الممكن تلخيص الخصائص الرئيسية لمعاملات الاحتكاك السكوني والديناميكي . ${\displaystyle \mu }$${\displaystyle k}$

هذه المعاملات هي كميات بلا أبعاد، تعطى بنسبة بين شدة قوة الاحتكاك وشدة الحمل المطبق ، اعتمادًا على نوع الأسطح المشاركة في التلامس المتبادل، وفي كل الأحوال، يكون الشرط صالحًا دائمًا بحيث: . ${\displaystyle {\vec {F}}_{f}}$${\displaystyle {\vec {W}}}$${\displaystyle \mu >k}$

عادة، لا تتجاوز قيمة كلا المعاملين الوحدة ويمكن اعتبارها ثابتة فقط ضمن نطاقات معينة من القوى والسرعات، وخارج هذه النطاقات توجد ظروف متطرفة تعمل على تعديل هذه المعاملات والمتغيرات.

في الأنظمة ذات حقول الإجهاد غير المنتظمة الكبيرة، يعتمد معامل الاحتكاك الساكن العياني على الضغط الخارجي أو حجم النظام أو شكله لأن الانزلاق المحلي يحدث قبل انزلاق النظام. ^[18]

يوضح الجدول التالي قيم معاملات الاحتكاك الساكن والديناميكي للمواد الشائعة:

جدول معاملات الاحتكاك الساكنة والديناميكية الأكثر استخدامًا

أسطح التلامس	الاحتكاك الساكن	الاحتكاك الديناميكي
خشب-خشب	0.25–0.5	0.2
خشب – كرتون	0.32	0.23
جليد-جليد	0.1	0.02
تزلج على الجليد من خشب السكيوليد	0.04	0.04
زجاج-زجاج	0.9–1.0	0.4
فولاذ - فولاذ (ناعم)	0.6	0.6
فولاذ - فولاذ (مشحم)	0.09	0.05
الفولاذ-الجليد	0.1	0.05
الفولاذ-الجليد (جاف)	0.78	0.42
الفولاذ والألمنيوم	0.61	0.47
الفولاذ والنحاس	0.51	0.44
فولاذ-هواء	0.001	0.001
الفولاذ-التيفلون	0.04	0.04
تفلون-تفلون	0.04	0.04
المطاط الأسمنتي (جاف)	1.0	0.8
المطاط الأسمنتي (الرطب)	0.7	0.5
النحاس والصلب	0.53	0.36
النحاس والزجاج	0.68	0.53
المفاصل الزليلية	0.01	0.003

في حالة الأجسام القابلة للتدحرج، يوجد نوع معين من الاحتكاك، حيث لا تحدث ظاهرة الانزلاق، النموذجية للاحتكاك الديناميكي، ولكن توجد أيضًا قوة تعارض الحركة، والتي تستبعد أيضًا حالة الاحتكاك الساكن. يسمى هذا النوع من الاحتكاك احتكاك التدحرج. الآن نريد أن نلاحظ بالتفصيل ما يحدث لعجلة تتدحرج على مستوى أفقي. في البداية تكون العجلة ثابتة والقوى المؤثرة عليها هي قوة الوزن والقوة العمودية المعطاة من خلال الاستجابة لوزن الأرضية. ${\displaystyle m{\vec {g}}}$${\displaystyle {\vec {N}}}$

في هذه المرحلة يتم تحريك العجلة مما يسبب إزاحة عند نقطة تطبيق القوة العمودية والتي يتم تطبيقها الآن أمام مركز العجلة على مسافة b والتي تساوي قيمة معامل الاحتكاك المتدحرج. إن المعارضة للحركة ناتجة عن فصل القوة العمودية وقوة الوزن في اللحظة التي تبدأ فيها التدحرج، وبالتالي فإن قيمة عزم الدوران المعطى بواسطة قوة الاحتكاك المتدحرج هي ما يحدث بالتفصيل على المستوى المجهري بين العجلة والسطح الداعم موصوف في الشكل، حيث من الممكن ملاحظة سلوك قوى رد فعل المستوى المشوه المؤثر على عجلة ثابتة. $${\displaystyle {{\vec {M}}_{r.f.}}={\vec {b}}\times m{\vec {g}}}$$

يؤدي تدوير العجلة بشكل مستمر إلى حدوث تشوهات غير محسوسة في المستوى، وبمجرد الانتقال إلى نقطة لاحقة، يعود المستوى إلى حالته الأولية. في مرحلة الضغط، يعارض المستوى حركة العجلة، بينما في مرحلة تخفيف الضغط، يقدم مساهمة إيجابية للحركة.

تعتمد قوة الاحتكاك المتدحرج، بالتالي، على التشوهات الصغيرة التي تتعرض لها السطح الداعم والعجلة نفسها، ويمكن التعبير عنها على النحو التالي ، حيث من الممكن التعبير عن b فيما يتعلق بمعامل الاحتكاك الانزلاقي على النحو التالي ، حيث r هو نصف قطر العجلة. ${\displaystyle |{\vec {F}}_{r}|=b|{\vec {N}}|}$${\displaystyle \mu }$${\textstyle b={\mu v \over r}}$

وبالذهاب إلى عمق أكبر، فمن الممكن دراسة ليس فقط السطح الخارجي للمعدن، ولكن أيضًا الحالات الداخلية المباشرة، المرتبطة بتاريخ المعدن وتكوينه وعمليات التصنيع التي مر بها هذا الأخير.

من الممكن تقسيم المعدن إلى أربع طبقات مختلفة:

1. البنية البلورية - البنية الأساسية للمعدن، الشكل الداخلي الشامل؛
2. الطبقة المصنعة - طبقة قد تحتوي أيضًا على شوائب من مواد غريبة والتي تنشأ من عمليات المعالجة التي تعرض لها المعدن؛
3. الطبقة المقواة - لها بنية بلورية ذات صلابة أكبر من الطبقات الداخلية، وذلك بفضل التبريد السريع الذي تتعرض له أثناء عمليات العمل؛
4. الطبقة الخارجية أو طبقة الأكسيد – طبقة يتم إنشاؤها بسبب التفاعل الكيميائي مع بيئة المعدن ومن ترسب الشوائب.

إن طبقة الأكاسيد والشوائب (الجسم الثالث) لها أهمية ترايبولوجية أساسية، بل إنها تساهم عادة في تقليل الاحتكاك. وهناك حقيقة أخرى ذات أهمية أساسية فيما يتعلق بالأكاسيد وهي أنه إذا كان بوسعك تنظيف وتنعيم السطح من أجل الحصول على "سطح معدني" نقي، فإن ما سنلاحظه هو اتحاد السطحين المتلامسين. وفي الواقع، في غياب الطبقات الرقيقة من الملوثات، فإن ذرات المعدن المعني غير قادرة على التمييز بين جسم وآخر، وبالتالي فإنها ستشكل جسمًا واحدًا إذا تم وضعه في اتصال.

تتكون عملية الاتصال بين الأسطح من عدد كبير من المناطق المجهرية، والتي تسمى في الأدبيات "الخشونة" أو "وصلات الاتصال"، حيث يحدث اتصال بين الذرات. وترجع ظاهرة الاحتكاك، وبالتالي تبديد الطاقة، على وجه التحديد إلى التشوهات التي تتعرض لها هذه المناطق بسبب الحمل والحركة النسبية. ويمكن ملاحظة التشوهات البلاستيكية أو المرنة أو الممزقة:

• التشوهات البلاستيكية – تشوهات دائمة في شكل النتوءات؛
• التشوهات المرنة - التشوهات التي يتم فيها استعادة الطاقة المبذولة في مرحلة الضغط بالكامل تقريبًا في مرحلة إزالة الضغط (الهستيريسيس المرن)؛
• تشوهات الكسر - التشوهات التي تؤدي إلى كسر النتوءات وإنشاء مناطق تماس جديدة.

تتحول الطاقة التي تتبدد أثناء الظاهرة إلى حرارة، مما يؤدي إلى زيادة درجة حرارة الأسطح الملامسة. وتعتمد الزيادة في درجة الحرارة أيضًا على السرعة النسبية وخشونة المادة، ويمكن أن تكون عالية لدرجة تؤدي حتى إلى اندماج المواد المعنية.

في ظاهرة الاحتكاك، تعتبر درجة الحرارة عنصرًا أساسيًا في العديد من مجالات التطبيق. على سبيل المثال، قد يؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى انخفاض حاد في معامل الاحتكاك، وبالتالي انخفاض فعالية المكابح.

تنص نظرية الالتصاق على أنه في حالة وجود خشونة كروية متلامسة مع بعضها البعض، معرضة لحمل ، يتم ملاحظة تشوه، والذي مع زيادة الحمل، يتحول من تشوه مرن إلى تشوه بلاستيكي. تتضمن هذه الظاهرة تضخم مساحة التلامس الحقيقية ، والتي يمكن التعبير عنها لهذا السبب على النحو التالي: حيث D هي صلابة المادة التي يمكن تعريفها على أنها الحمل المطبق مقسومًا على مساحة سطح التلامس. ${\displaystyle {\vec {W}}}$${\displaystyle A_{r}}$$${\displaystyle A_{r}={{\vec {W}} \over D}}$$

إذا انزلق السطحان بينهما في هذه المرحلة، يتم ملاحظة مقاومة لإجهاد القص t ، والتي تعطى من خلال وجود روابط لاصقة، والتي تم إنشاؤها على وجه التحديد بسبب التشوهات البلاستيكية، وبالتالي فإن قوة الاحتكاك ستعطى بواسطة في هذه المرحلة، نظرًا لأن معامل الاحتكاك هو النسبة بين شدة قوة الاحتكاك وقوة الحمل المطبق، فمن الممكن القول أنه فيما يتعلق بخاصيتي المواد: قوة القص t والصلابة. للحصول على معاملات احتكاك منخفضة القيمة، من الممكن اللجوء إلى مواد تتطلب إجهاد قص أقل، ولكنها أيضًا صلبة جدًا. في حالة مواد التشحيم، في الواقع، نستخدم ركيزة من مادة ذات إجهاد قطع منخفض t ، توضع على مادة صلبة للغاية. $${\displaystyle {\vec {F}}_{a}=A_{r}{\vec {t}}}$$$${\displaystyle \mu ={t \over D}}$$${\displaystyle \mu }$

إن القوة المؤثرة بين جسمين صلبين متلامسين لن يكون لها مكونات عادية فحسب، كما هو مذكور حتى الآن، بل سيكون لها أيضًا مكونات مماسية. وهذا يزيد من تعقيد وصف التفاعلات بين الخشونة، لأنه بسبب هذا المكون المماسي فإن التشوه البلاستيكي يأتي بحمل أقل مما يحدث عند تجاهل هذا المكون. ومن ثم فإن الوصف الأكثر واقعية لمساحة كل تقاطع مفرد يتم إنشاؤه هو مع قوة ثابتة و"مماسية" مطبقة على المفصل. $${\displaystyle {A_{i}}^{2}=\left({\frac {{\vec {W}}_{i}}{D}}\right)^{2}+\alpha \left({\frac {{\vec {F}}_{i}}{D}}\right)^{2}}$$${\displaystyle \alpha }$${\displaystyle {\vec {F}}_{i}}$

وللحصول على اعتبارات أكثر واقعية، ينبغي لنا أن نأخذ في الاعتبار ظاهرة الجسم الثالث، أي وجود مواد غريبة، مثل الرطوبة أو الأكاسيد أو مواد التشحيم، بين الجسمين الصلبين المتلامسين. ثم يتم إدخال معامل c القادر على ربط قوة القص t للمادة النقية بقوة القص t للجسم الثالث بـ 0 < c < 1. ${\displaystyle t_{t.b.}}$$${\displaystyle t=c\cdot t_{t.b.}}$$

وبدراسة السلوك عند الحدود نجد أنه بالنسبة لـ c = 0 فإن t = 0 وبالنسبة لـ c = 1 فإنه يعود إلى الحالة التي تكون فيها الأسطح على اتصال مباشر ولا يوجد وجود لجسم ثالث. مع الأخذ في الاعتبار ما قيل للتو، فمن الممكن تصحيح صيغة معامل الاحتكاك على النحو التالي: وفي الختام، يتم النظر في حالة الأجسام المرنة في تفاعل مع بعضها البعض. $${\displaystyle \mu ={\frac {c}{[\alpha (1-c^{2})]^{1/2}}}}$$

على نحو مماثل لما رأيناه للتو، من الممكن تعريف معادلة من النوع الذي تعتمد فيه K في هذه الحالة على الخواص المرنة للمواد. كما تعتمد القوة المماسية للأجسام المرنة على المعامل c الذي رأيناه أعلاه، وبالتالي يمكن الحصول على وصف شامل إلى حد ما لمعامل الاحتكاك$${\displaystyle A=K{\vec {W}}}$$$${\displaystyle {\vec {F}}_{T}=cAs}$$$${\displaystyle \mu =cKs}$$

الطريقة الأبسط والأكثر مباشرة لتقييم معامل الاحتكاك لسطحين هي استخدام مستوٍ مائل يتم فيه انزلاق كتلة من المواد. كما يمكن رؤيته في الشكل، فإن القوة العمودية للمستوى تعطى بواسطة ، بينما قوة الاحتكاك تساوي . وهذا يسمح لنا بالقول إن معامل الاحتكاك يمكن حسابه بسهولة شديدة، عن طريق ظل الزاوية التي تبدأ فيها الكتلة في الانزلاق. في الواقع لدينا ثم انتقلنا من المستوى المائل إلى أنظمة أكثر تطوراً، والتي تسمح لنا بالنظر في جميع الظروف البيئية المحتملة التي يتم فيها إجراء القياس، مثل آلة الأسطوانة المتقاطعة أو آلة الدبابيس والأقراص. توجد اليوم آلات رقمية مثل "جهاز اختبار الاحتكاك" الذي يسمح، عن طريق دعم البرنامج، بإدخال جميع المتغيرات المطلوبة. عملية أخرى مستخدمة على نطاق واسع هي اختبار ضغط الحلقة. يتم تشوه حلقة مسطحة من المادة المراد دراستها بطريقة بلاستيكية بواسطة مكبس، فإذا كان التشوه عبارة عن تمدد في كل من الدائرة الداخلية والخارجية، فسوف تكون معاملات الاحتكاك منخفضة أو معدومة. وإلا فإن التشوه الذي يتمدد فقط في الدائرة الداخلية سوف تكون معاملات الاحتكاك متزايدة. ${\displaystyle mg\cos \theta }$${\displaystyle mg\sin \theta }$$${\displaystyle \mu ={F_{a} \over N}={mg\sin \theta \over mg\cos \theta }={\sin \theta \over \cos \theta }=\tan \theta }$$

لتقليل الاحتكاك بين الأسطح والسيطرة على التآكل، يتم استخدام مواد تسمى مواد التشحيم . ^[20] على عكس ما قد تعتقد، فهذه ليست مجرد زيوت أو دهون، بل أي مادة سائلة تتميز باللزوجة، مثل الهواء والماء. بالطبع، بعض مواد التشحيم أكثر ملاءمة من غيرها، اعتمادًا على نوع الاستخدام المخصص لها: الهواء والماء، على سبيل المثال، متاحان بسهولة، ولكن لا يمكن استخدام الأول إلا في ظل ظروف تحميل وسرعة محدودة، بينما يمكن أن يساهم الثاني في تآكل المواد.

ما نحاول تحقيقه من خلال هذه المواد هو تزييت سائل مثالي، أو تزييت بحيث يمكن تجنب الاتصال المباشر بين الأسطح المعنية، وإدخال طبقة من مادة التشحيم بينها. للقيام بذلك، هناك طريقتان، اعتمادًا على نوع التطبيق والتكاليف التي يتعين معالجتها ومستوى "الكمال" للتزييت المطلوب تحقيقه، هناك خيار بين:

• التشحيم السائل (أو الهيدروستاتيكي في حالة الزيوت المعدنية) - والذي يتكون من إدخال مادة التشحيم تحت الضغط بين الأسطح الملامسة؛
• تزييت السوائل (أو الهيدروديناميكا) - والذي يتكون من استغلال الحركة النسبية بين الأسطح لجعل مادة التشحيم تخترق.

اللزوجة هي ما يعادل الاحتكاك في السوائل، وهي في الواقع تصف قدرة السوائل على مقاومة القوى التي تسبب تغييرًا في الشكل.

بفضل دراسات نيوتن، تم التوصل إلى فهم أعمق لهذه الظاهرة. بل إنه قدم مفهوم التدفق الصفحي : "التدفق الذي تتغير فيه السرعة من طبقة إلى أخرى". ومن الممكن تقسيم السائل بشكل مثالي بين سطحين ( ، ) من المنطقة أ، في طبقات مختلفة. ${\displaystyle S_{1}}$${\displaystyle S_{2}}$

الطبقة التي على اتصال بالسطح ، والتي تتحرك بسرعة v بسبب القوة المطبقة F ، سيكون لها نفس سرعة v للبلاطة، في حين أن كل طبقة تالية مباشرة ستغير هذه السرعة بمقدار dv ، حتى الطبقة التي على اتصال بالسطح الثابت ، والتي سيكون لها سرعة صفرية. ${\displaystyle S_{2}}$${\displaystyle S_{1}}$

ومن خلال ما سبق يمكن القول أن القوة F اللازمة لإحداث حركة دوارة في سائل محصور بين لوحين تتناسب طرديا مع مساحة السطحين ومع تدرج السرعة: وفي هذه النقطة يمكننا إدخال ثابت تناسبي وهو الذي يتوافق مع معامل اللزوجة الديناميكية للسائل لنحصل على المعادلة التالية والمعروفة بقانون نيوتن تتغير السرعة بنفس المقدار dv من طبقة إلى طبقة وعندها يحدث الشرط بحيث dv / dy = v / L حيث L هي المسافة بين السطحين و وعندها يمكننا تبسيط المعادلة بكتابة تكون اللزوجة عالية في السوائل التي تعارض الحركة بشدة بينما تكون محصورة في السوائل التي تتدفق بسهولة. $${\displaystyle F\propto A{dv \over dy}}$$${\displaystyle \mu }$$${\displaystyle F=\mu A{dv \over dy}}$$${\displaystyle S_{1}}$${\displaystyle S_{2}}$$${\displaystyle F=\mu A{v \over L}}$$${\displaystyle \mu }$

جدول معاملات اللزوجة μ لبعض السوائل

سائل	μ(باسكال ⋅ ثانية)
ثاني أكسيد الكربون	1.5 ⋅ 10 −5
هواء	1.8 ⋅ 10 −5
الغازولين	2.9 ⋅ 10 −4
الماء (90 درجة مئوية)	0.32 ⋅ 10 −3
الماء (20 درجة مئوية)	1.0 ⋅ 10 −3
الدم (37 درجة مئوية)	4.0 ⋅ 10 −3
الزيت (20 درجة مئوية)	0.03
الزيت (0 درجة مئوية)	0.11
الجلسرين	1.5

لتحديد نوع التدفق في الدراسة نلاحظ رقم رينولدز الخاص به وهو ثابت يعتمد على كتلة السائل وعلى لزوجته وعلى قطر الأنبوب الذي يتدفق فيه السائل L فإذا كان رقم رينولدز منخفضا نسبيا يكون هناك تدفق رقائقي أما إذا كان التدفق مضطربا يصبح تدفقا صفائحيا. $${\displaystyle Re={{\rho Lv} \over \mu }}$$${\displaystyle \rho }$${\displaystyle \mu }$${\displaystyle Re\simeq 2000}$

وفي الختام نود أن نؤكد على أنه من الممكن تقسيم السوائل إلى نوعين حسب لزوجتها:

1. السوائل النيوتونية ، أو السوائل التي تكون اللزوجة فيها دالة على درجة الحرارة وضغط السائل فقط وليس على تدرج السرعة؛
2. السوائل غير النيوتونية ، أو السوائل التي تعتمد اللزوجة فيها أيضًا على تدرج السرعة.

تعتبر درجة الحرارة والضغط عاملين أساسيين يجب تقييمهما عند اختيار مادة تشحيم بدلاً من أخرى. ضع في اعتبارك تأثيرات درجة الحرارة في البداية.

هناك ثلاثة أسباب رئيسية لتغيرات درجة الحرارة التي يمكن أن تؤثر على سلوك مواد التشحيم:

• الظروف الجوية؛
• العوامل الحرارية المحلية (مثل محركات السيارات أو مضخات التبريد)؛
• تبديد الطاقة بسبب الاحتكاك بين الأسطح.

من أجل تصنيف زيوت التشحيم المختلفة وفقًا لسلوك اللزوجة كدالة لدرجة الحرارة، قدم دين وديفيس في عام 1929 مؤشر اللزوجة (VI). وقد خصصوا أفضل زيت تشحيم متاح آنذاك، أي زيت بنسلفانيا، مؤشر اللزوجة 100، وفي أسوأ الأحوال، زيت ساحل الخليج الأمريكي، القيمة 0. لتحديد قيمة مؤشر الزيت الوسيط، يتم استخدام الإجراء التالي: يتم اختيار زيتين مرجعيين بحيث يكون للزيت المعني نفس اللزوجة عند 100 درجة مئوية، ويتم استخدام المعادلة التالية لتحديد مؤشر اللزوجة. هذه العملية لها بعض العيوب: $${\displaystyle V.I.={{L-O_{\text{Test}}} \over {L-H}}\times 100}$$

• بالنسبة لمخاليط الزيوت فإن النتائج ليست دقيقة؛
• لا توجد معلومات إذا كنت خارج نطاق درجة الحرارة الثابتة؛
• مع تقدم التكنولوجيا، ظهرت زيوت ذات مؤشر اللزوجة أعلى من 100، والتي لا يمكن وصفها بالطريقة المذكورة أعلاه.

في حالة الزيوت ذات VI أعلى من 100، يمكنك استخدام علاقة مختلفة تسمح لك بالحصول على نتائج دقيقة حيث، في هذه الحالة، H هي اللزوجة عند 100 درجة فهرنهايت (38 درجة مئوية) للزيت مع VI = 100 و v هي اللزوجة الحركية للزيت المدروس عند 210 درجة فهرنهايت (99 درجة مئوية). $${\displaystyle V.I.={{10^{N-1}} \over {0.00715}}+100}$$$${\displaystyle N={{\operatorname {Log} (H)-\operatorname {Log} (O_{\text{Test}})} \over {\operatorname {Log} (v)}}}$$

ومن ثم يمكننا القول في الختام أن ارتفاع درجة الحرارة يؤدي إلى انخفاض لزوجة الزيت. ومن المفيد أيضًا أن نضع في الاعتبار أنه بنفس الطريقة فإن ارتفاع الضغط يعني زيادة اللزوجة. لتقييم تأثيرات الضغط على اللزوجة، يتم استخدام المعادلة التالية حيث p هو معامل اللزوجة عند الضغط الجوي و p هو ثابت يصف العلاقة بين اللزوجة والضغط. $${\displaystyle \mu =\mu _{0}\exp {(\alpha p)}}$$${\displaystyle \mu }$${\displaystyle \mu _{0}}$${\displaystyle \alpha }$

لتحديد لزوجة السائل، يتم استخدام أجهزة قياس اللزوجة والتي يمكن تقسيمها إلى 3 فئات رئيسية:

• أجهزة قياس اللزوجة الشعرية، حيث يتم قياس لزوجة السائل عن طريق تحريكه في أنبوب شعري؛
• أجهزة قياس اللزوجة الصلبة، حيث يتم قياس اللزوجة عن طريق حساب سرعة المادة الصلبة التي تتحرك في السائل؛
• أجهزة قياس اللزوجة الدورانية، حيث يتم الحصول على اللزوجة عن طريق تقييم تدفق السائل الموضوع بين سطحين في حركة نسبية.

يتم استخدام النوعين الأولين من أجهزة قياس اللزوجة بشكل أساسي للسوائل النيوتونية، في حين أن النوع الثالث متعدد الاستخدامات للغاية.

التآكل هو الإزالة اللاإرادية التدريجية للمواد من سطح يتحرك نسبيًا مع سطح آخر أو مع سائل. يمكننا التمييز بين نوعين مختلفين من التآكل: التآكل المعتدل والتآكل الشديد. الحالة الأولى تتعلق بالأحمال المنخفضة والأسطح الملساء، بينما تتعلق الحالة الثانية بالأحمال الأعلى بشكل ملحوظ والأسطح المتوافقة والخشنة، حيث تكون عمليات التآكل أكثر عنفًا. يلعب التآكل دورًا أساسيًا في الدراسات الاحتكاكية، لأنه يسبب تغييرات في شكل المكونات المستخدمة في بناء الآلات (على سبيل المثال). يجب استبدال هذه الأجزاء البالية وهذا يستلزم مشكلة ذات طبيعة اقتصادية، بسبب تكلفة الاستبدال، ومشكلة وظيفية، لأنه إذا لم يتم استبدال هذه المكونات في الوقت المناسب، فقد يحدث ضرر أكثر خطورة للآلة في مجمعها. ومع ذلك، فإن هذه الظاهرة ليس لها جوانب سلبية فقط، بل إنها غالبًا ما تستخدم لتقليل خشونة بعض المواد، والقضاء على الخشونة. نميل بشكل خاطئ إلى تخيل التآكل في ارتباط مباشر بالاحتكاك، في الواقع لا يمكن ربط هاتين الظاهرتين بسهولة. قد تكون هناك ظروف بحيث يمكن أن يؤدي الاحتكاك المنخفض إلى تآكل كبير والعكس صحيح. ولكي تحدث هذه الظاهرة، هناك حاجة إلى أوقات تنفيذ معينة، والتي قد تتغير اعتمادًا على بعض المتغيرات، مثل الحمل والسرعة والتزييت والظروف البيئية، وهناك آليات تآكل مختلفة، والتي قد تحدث في وقت واحد أو حتى مجتمعة مع بعضها البعض:

1. تآكل لاصق؛
2. التآكل الكاشط؛
3. ارتداء التعب؛
4. التآكل؛
5. فرك أو تآكل؛
6. تآكل التآكل؛
7. ظواهر التآكل البسيطة الأخرى (التآكل الناتج عن الاصطدام، التجويف، التآكل الناتج عن الاندماج، التآكل الناتج عن الانتشار).

كما هو معروف، يحدث التلامس بين سطحين من خلال التفاعل بين الخشونة. ^[21] إذا تم تطبيق قوة قص في منطقة التلامس، فقد يكون من الممكن فصل جزء صغير من المادة الأضعف، بسبب التصاقها بالسطح الأكثر صلابة. ما تم وصفه هو على وجه التحديد آلية تآكل المادة اللاصقة الموضحة في الشكل. هذا النوع من التآكل يمثل مشكلة كبيرة، لأنه ينطوي على سرعات تآكل عالية، ولكن في نفس الوقت من الممكن تقليل الالتصاق عن طريق زيادة خشونة السطح وصلابة الأسطح المعنية، أو عن طريق إدخال طبقات من الملوثات مثل الأكسجين أو الأكاسيد أو الماء أو الزيوت. في الختام، يمكن وصف سلوك حجم تآكل المادة اللاصقة من خلال ثلاثة قوانين رئيسية

القانون الأول – المسافة

الكتلة المشاركة في التآكل تتناسب طرديا مع المسافة المقطوعة في الاحتكاك بين الأسطح.

القانون الثاني – الحمل

الكتلة المشاركة في التآكل تتناسب طرديا مع الحمل المطبق.

القانون 3 – القسوة

الكتلة المشاركة في التآكل تتناسب عكسيا مع صلابة المادة الأقل صلابة.

إن أحد الجوانب المهمة للتآكل هو انبعاث جزيئات التآكل إلى البيئة والتي تهدد بشكل متزايد صحة الإنسان والبيئة. وكان أول باحث قام بالتحقيق في هذا الموضوع هو إرنست رابينوفيتش . ^[22]

يتكون التآكل الكاشط من جهد القطع الذي تبذله الأسطح الصلبة التي تعمل على الأسطح الأكثر ليونة ويمكن أن يحدث إما بسبب الخشونة التي تقطع بها الأطراف المادة التي تحتك بها (تآكل الكاشط ثنائي الجسم)، أو من جزيئات المواد الصلبة التي تتوسط بين سطحين في حركة نسبية (تآكل الكاشط ثلاثي الجسم). على مستويات التطبيق، يمكن التخلص من تآكل ثنائي الجسم بسهولة عن طريق تشطيب سطحي مناسب، في حين أن تآكل ثلاثي الجسم يمكن أن يسبب مشاكل خطيرة ويجب إزالته قدر الإمكان عن طريق المرشحات المناسبة، حتى قبل تصميم الآلة الموزونة.

التآكل الناتج عن التعب هو نوع من التآكل الذي يحدث بسبب الأحمال البديلة، والتي تسبب قوى تلامس محلية متكررة بمرور الوقت، مما يؤدي بدوره إلى تدهور المواد المعنية. المثال الأكثر مباشرة لهذا النوع من التآكل هو المشط. إذا قمت بتمرير إصبعك فوق أسنان المشط مرارًا وتكرارًا، فمن الملاحظ أنه في مرحلة ما تنفصل واحدة أو أكثر من أسنان المشط. يمكن أن تؤدي هذه الظاهرة إلى كسر الأسطح بسبب أسباب ميكانيكية أو حرارية. الحالة الأولى هي تلك الموصوفة أعلاه حيث يتسبب الحمل المتكرر في إجهادات تلامس عالية. ومع ذلك، فإن الحالة الثانية تحدث بسبب التمدد الحراري للمواد المشاركة في العملية. لذلك لتقليل هذا النوع من التآكل، من الجيد محاولة تقليل كل من قوى التلامس والدورة الحرارية، أي التردد الذي تتدخل به درجات الحرارة المختلفة. للحصول على نتائج مثالية، من الجيد أيضًا القضاء قدر الإمكان على الشوائب بين الأسطح والعيوب المحلية وشوائب المواد الغريبة في الأجسام المعنية.

يحدث التآكل التآكلي في وجود معادن مؤكسدة أو متآكلة. فعندما تتلامس أسطح المعادن النقية مع البيئة المحيطة، تتكون أغشية أكسيد على أسطحها بسبب الملوثات الموجودة في البيئة نفسها، مثل الماء أو الأكسجين أو الأحماض. وتتم إزالة هذه الأغشية باستمرار من آليات التآكل الكاشطة واللاصقة، ويعاد إنشاؤها باستمرار من خلال تفاعلات المعادن الملوثة النقية. ومن الواضح أن هذا النوع من التآكل يمكن تقليله من خلال محاولة إنشاء بيئة "مخصصة"، خالية من الملوثات وحساسة للتغيرات الحرارية البسيطة. ويمكن أن يكون التآكل التآكلي إيجابيًا أيضًا في بعض التطبيقات. في الواقع، تساهم الأكاسيد التي يتم إنشاؤها في تقليل معامل الاحتكاك بين الأسطح، أو يمكن استخدامها كمواد كاشطة ممتازة، لأنها في كثير من الحالات أكثر صلابة من المعدن الذي تنتمي إليه.

يحدث التآكل الناتج عن الاحتكاك في الأنظمة المعرضة لاهتزازات شديدة أو أقل شدة، مما يتسبب في حدوث حركات نسبية بين الأسطح المتلامسة في حدود النانومتر. تتسبب هذه الحركات النسبية المجهرية في حدوث تآكل لاصق ناتج عن الإزاحة نفسها، وتآكل كاشط ناتج عن الجسيمات المنتجة في الطور اللاصق، والتي تظل محاصرة بين الأسطح. يمكن تسريع هذا النوع من التآكل بسبب وجود مواد تآكلية وزيادة درجة الحرارة. ^[23]

يحدث التآكل عندما تصطدم جزيئات حرة، والتي يمكن أن تكون صلبة أو سائلة، بسطح ما، مما يتسبب في التآكل. وتتنوع الآليات المعنية وتعتمد على معايير معينة، مثل زاوية التأثير وحجم الجسيمات وسرعة التأثير والمادة التي تتكون منها الجسيمات.

ومن بين العوامل الرئيسية المؤثرة على التآكل نجد

• صلابة
• الذوبان المتبادل
• البنية البلورية

وقد تم التحقق من أن كلما كانت المادة أكثر صلابة، كلما زاد تآكلها. وعلى نفس المنوال، كلما قل قابلية مادتين للذوبان المتبادل، كلما زاد ميل التآكل إلى الانخفاض. وأخيرًا، فيما يتعلق بالبنية البلورية، من الممكن القول إن بعض الهياكل أكثر ملاءمة لمقاومة تآكل غيرها، مثل الهيكل السداسي ذو التوزيع المضغوط، والذي لا يمكن أن يتشوه إلا بالانزلاق على طول المستويات الأساسية.

لتوفير تقييم للضرر الناتج عن التآكل، نستخدم معاملًا بلا أبعاد يسمى معدل التآكل، والذي يُعطى بنسبة التغير في ارتفاع الجسم وطول الانزلاق النسبي . يتيح هذا المعامل تقسيم الضرر الذي تتعرض له مواد مختلفة في مواقف مختلفة، اعتمادًا على حجمها، من درجة متواضعة من التآكل، عبر وسيط، إلى درجة من التآكل الشديد. ${\displaystyle \Delta h}$${\displaystyle \Delta l}$$${\displaystyle T_{\text{wear}}={\delta h \over \Delta l}}$$

فصل	الربا​	مستوى الاستخدام
0	10 − 13 − 10 −12	معتدل
1	10 −12 − 10 −11
2	10 −11 − 10 −10
3	10 −10 − 10 −9	واسطة
4	10 −9 − 10 −8
5	10 −8 − 10 −7
6	10 −7 − 10 −6
7	10 −6 − 10 −5	شديد
8	10 −5 − 10 −4
9	10 −4 − 10 −3

بدلاً من ذلك، للتعبير عن حجم التآكل V، من الممكن استخدام معادلة هولم

• ${\displaystyle V=k{W \over H}l}$(للتآكل اللاصق)
• ${\displaystyle V=k_{a}{W \over H}l}$(للتآكل الكاشط)

حيث يمثل W / H مساحة الاتصال الحقيقية، و l هو طول المسافة المقطوعة و k و هي عوامل الأبعاد التجريبية. ${\displaystyle k_{a}}$

في القياسات التجريبية لتآكل المواد، غالبًا ما يكون من الضروري إعادة إنشاء معدلات تآكل صغيرة إلى حد ما وتسريع الأوقات. يجب أن تحدث الظواهر، التي تتطور في الواقع بعد سنوات، في المختبر بعد بضعة أيام. التقييم الأول لعمليات التآكل هو الفحص البصري للملف السطحي للجسم قيد الدراسة، بما في ذلك المقارنة قبل وبعد حدوث ظاهرة التآكل. في هذا التحليل الأول، يتم ملاحظة الاختلافات المحتملة في صلابة وهندسة سطح المادة. طريقة أخرى للتحقيق هي طريقة التتبع الإشعاعي، المستخدمة لتقييم التآكل على المستويات العيانية. يتم تمييز إحدى المادتين الملامستين، المتورطتين في عملية التآكل، بتتبع إشعاعي. بهذه الطريقة، ستكون جزيئات هذه المادة، التي سيتم إزالتها، مرئية ويمكن الوصول إليها بسهولة. أخيرًا، لتسريع أوقات التآكل، فإن إحدى أشهر التقنيات المستخدمة هي اختبارات التلامس ذات الضغط العالي. في هذه الحالة، للحصول على النتائج المرجوة، يكفي تطبيق الحمل على منطقة تلامس مخفضة للغاية.

تاريخيًا، ركزت أبحاث علم الاحتكاك على تصميم مكونات الآلات وتزييتها بشكل فعال، وخاصة المحامل . ومع ذلك، فإن دراسة علم الاحتكاك تمتد إلى معظم جوانب التكنولوجيا الحديثة وأي نظام تنزلق فيه مادة فوق أخرى يمكن أن يتأثر بتفاعلات احتكاك معقدة. ^[24]

تقليديًا، ركزت أبحاث علم الاحتكاك في صناعة النقل على الموثوقية، وضمان التشغيل الآمن والمستمر لمكونات الماكينة. في الوقت الحاضر، نظرًا للتركيز المتزايد على استهلاك الطاقة ، أصبحت الكفاءة ذات أهمية متزايدة وبالتالي أصبحت مواد التشحيم أكثر تعقيدًا وتطورًا بشكل تدريجي من أجل تحقيق ذلك. ^[24] يلعب علم الاحتكاك أيضًا دورًا مهمًا في التصنيع . على سبيل المثال، في عمليات تشكيل المعادن، يزيد الاحتكاك من تآكل الأداة والقوة المطلوبة لتشغيل قطعة. وينتج عن هذا زيادة التكاليف بسبب استبدال الأداة بشكل متكرر وفقدان التسامح مع تحول أبعاد الأداة والقوى الأكبر المطلوبة لتشكيل قطعة.

يؤدي استخدام مواد التشحيم التي تقلل من ملامسة السطح المباشر إلى تقليل تآكل الأداة ومتطلبات الطاقة. ^[25] من الضروري أيضًا معرفة تأثيرات التصنيع، حيث تترك جميع طرق التصنيع بصمة نظام فريدة (أي تضاريس السطح ) والتي ستؤثر على ملامسة الاحتكاك (على سبيل المثال تكوين فيلم مواد التشحيم).

تتراوح أبحاث علم الاحتكاك من المقاييس الكلية إلى النانوية ، في مجالات متنوعة مثل حركة الصفائح القارية والأنهار الجليدية إلى حركة الحيوانات والحشرات. ^[24] تركز أبحاث علم الاحتكاك تقليديًا على قطاعي النقل والتصنيع ، لكن هذا تنوع بشكل كبير. يمكن تقسيم أبحاث علم الاحتكاك بشكل فضفاض إلى المجالات التالية (مع بعض التداخل):

• يهتم علم الاحتكاك الكلاسيكي بالاحتكاك والتآكل في عناصر الآلة (مثل محامل العناصر الدوارة ، والتروس ، والمحامل البسيطة ، والفرامل ، والقابض ، والعجلات ، ومحامل السوائل ) بالإضافة إلى عمليات التصنيع (مثل تشكيل المعادن ).
• تدرس البيولوجيا الاحتكاك والتآكل والتزييت في الأنظمة البيولوجية. يكتسب هذا المجال أهمية مع زيادة متوسط ​​العمر المتوقع للإنسان. تعد مفاصل الورك والركبة البشرية أنظمة بيولوجية نموذجية. [ 26 ^]
• تهدف تقنية الاحتكاك الأخضر إلى تقليل التأثير البيئي للأنظمة الاحتكاكية على طول دورة حياتها بالكامل . وعلى وجه الخصوص، تهدف تقنية الاحتكاك الأخضر إلى تقليل الخسائر الاحتكاكية (على سبيل المثال، الاحتكاك والتآكل ) باستخدام تقنيات ذات تأثير بيئي ضئيل. وهذا على النقيض من تقنية الاحتكاك التقليدية، حيث لا يتم تقييم وسائل تقليل الخسائر الاحتكاكية بشكل شامل. ^[27]
• تدرس الجيولوجيا الاحتكاك والتآكل والتشحيم للأنظمة الجيولوجية، مثل الأنهار الجليدية والصدوع .
• تدرس النانوتريبولوجي الظواهر الاحتكاكية على المقاييس النانوية . أصبح هذا المجال مهمًا بشكل متزايد مع صغر حجم الأجهزة (على سبيل المثال، الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة/النانوية، MEMS / NEMS )، وقد ساعد في البحث اختراع المجهر الذري للقوة .
• يهدف علم الاحتكاك الحسابي إلى نمذجة سلوك الأنظمة الاحتكاكية من خلال محاكاة متعددة الفيزياء ، والجمع بين تخصصات مثل ميكانيكا الاتصال ، وميكانيكا الكسر ، وديناميكيات السوائل الحسابية .
• تدرس علوم الاحتكاك الفضائي الأنظمة الاحتكاكية القادرة على العمل في ظل الظروف البيئية القاسية في الفضاء الخارجي . ويتطلب هذا على وجه الخصوص مواد تشحيم ذات ضغط بخار منخفض يمكنها تحمل التقلبات الشديدة في درجات الحرارة.
• تدرس علوم الاحتكاك في الأنظمة المفتوحة الأنظمة الاحتكاكية التي تتعرض للبيئة الطبيعية وتتأثر بها .
• Triboinformatics هو تطبيق للذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي وطرق البيانات الضخمة على الأنظمة الاحتكاكية. ^[28]

في الآونة الأخيرة، ظهرت دراسات مكثفة حول ظاهرة الاحتكاك المتلاشي (ظاهرة التزليق الفائق) بسبب الطلب المتزايد على توفير الطاقة. ^[29] وعلاوة على ذلك، فإن تطوير مواد جديدة، مثل الجرافين والسوائل الأيونية ، يسمح بأساليب جديدة تمامًا لحل المشكلات الاحتكاكية . ^[30]

يوجد الآن العديد من الجمعيات الوطنية والدولية، بما في ذلك: جمعية علماء الاحتكاك ومهندسي التشحيم (STLE) في الولايات المتحدة، ومؤسسة المهندسين الميكانيكيين ومعهد الفيزياء (IMechE Tribology Group، IOP Tribology Group) في المملكة المتحدة، والجمعية الألمانية لعلم الاحتكاك (Gesellschaft für Tribologie)، وجمعية علم الاحتكاك الكورية (KTS)، وجمعية علم الاحتكاك الماليزية (MYTRIBOS)، والجمعية اليابانية لعلماء الاحتكاك (JAST)، وجمعية علم الاحتكاك الهندية (TSI)، وجمعية الهندسة الميكانيكية الصينية (معهد علم الاحتكاك الصيني)، والمجلس الدولي لعلم الاحتكاك.

يعتمد البحث في مجال الاحتكاك على التجارب العملية في الغالب، وهو ما يمكن تفسيره بالعدد الهائل من المعلمات التي تؤثر على الاحتكاك والتآكل في التلامس الاحتكاكي. وبالتالي، تعتمد معظم مجالات البحث بشكل كبير على استخدام مقاييس الاحتكاك القياسية وإجراءات الاختبار بالإضافة إلى أجهزة الاختبار على مستوى المكونات.

• برنهارد، أدريان (7 أبريل 2020). "كيف بنى علم الاحتكاك الغامض الماضي وسيشكل المستقبل". ميكانيكا شعبية . مؤرشف من الأصل في 8 أبريل 2020. تم الاسترجاع 6 يونيو 2022 .{{cite magazine}}: CS1 maint: unfit URL (link)