摩擦可分兩大類：滑動摩擦與滾動摩擦。本處將只著重討論金屬表面間的滑動摩擦。根據(jù)摩擦面間存在潤滑劑的情況，滑動摩擦又分為干摩擦、邊界摩擦(邊界潤滑)、流體摩擦(流體潤滑)及混合摩擦(混合潤滑)，如以下動畫所示。

　 邊界摩擦、混合摩擦及流體摩擦都必須具備一定的潤滑條件，所以，相應的潤滑狀態(tài)也常分別稱為邊界潤滑、混合潤滑及流體潤滑。可以用膜厚比λ來大致估計兩滑動表面所處的摩擦(潤滑)狀態(tài)，即

　　式中： hmin--兩滑動粗糙表面間的最小公稱油膜厚度，μm ；

　　　　　Ra1,Ra2--分別為兩表面輪廓算術平均偏差，μm 。

　　當膜厚比λ≤l時，為邊界摩擦(潤滑)狀態(tài)；當λ=l～5時，為混合摩擦(潤滑)狀態(tài)；當λ>5時，為流體摩擦(潤滑)狀態(tài)。

　　干摩擦是指表面間無任何潤滑劑或保護膜的純金屬接觸時的摩擦。在工程實際中，并不存在真正的干摩擦，因為任何零件的表面不僅會因氧化而形成氧化膜，而且多少也會被潤滑油所濕潤或受到"油污"。在機械設計中，通常都把這種未經(jīng)人為潤滑的摩擦狀態(tài)當作“干”摩擦處理。固體表面之間的摩擦，雖然早就有人進行系統(tǒng)的研究，并在18世紀就提出了至今仍在沿用的、關于摩擦力的數(shù)學表達式：Ff=fFn(式中Ff為摩擦力、Fn為法向載荷、f為摩擦系數(shù))。但是，有關摩擦的機理，直到20世紀中葉才比較清楚地揭示出來，并逐漸形成現(xiàn)今被廣泛接受的分子--機械理論、粘附理論等。對于金屬材料，特別是鋼，目前較多采用修正后的粘附理論。

　　簡單粘附理論于1945年由鮑登(F．P．Bowden)等人提出，他們認為兩個金屬表面在法向載荷作用下的接觸面積，并非兩個金屬表面互相覆蓋的公稱接觸面積(或叫表觀接觸面積)A0，而是由一些表面輪廓峰相接觸所形 成的接觸斑點的微面積的總和，叫真實接觸面積Ar(下圖)。由于真實接觸面積很小，因此可以認為輪廓峰接觸 區(qū)所受的壓力很高。當接觸區(qū)受到高壓而產(chǎn)生塑性變形后， 這些微小接觸面便發(fā)生粘附現(xiàn)象，形成冷焊結點。當接觸 面相對滑動時，這些冷焊結點就被切開。在于摩擦條件下，可將較硬表面堅硬的輪廓峰在較軟表面上犁出"犁溝"所需克服的阻力忽略不計,則摩擦力

式中：τB即是結點材料的剪切強度極限。 

    對于理想的彈塑性材料，當法向載荷增大時，真實接觸面積Ar也隨之增大，應力并不升高，而停留在材料的壓縮屈服極限σsy。例如下圖a所示為單個輪廓峰接觸區(qū)在高壓作用下產(chǎn)生塑性流動，導致接觸面積增大到恰好能支承法向載荷為止的模型。故真實接觸面積Ar為

 　　故得： 

單個輪廓峰接觸模型

　　金屬的摩擦系數(shù)為

　　式中τB、σsy是指相接觸的兩種金屬中較軟者的剪切強度極限與壓縮屈服極限。由于大多數(shù)金屬的τB/σsy 的比值均較接近，所以其摩擦系數(shù)相差甚小。但是，這個結論不完全符合實際。例如處于真空中的潔凈金屬發(fā)生摩擦時，其摩擦系數(shù)要比常規(guī)環(huán)境里的摩擦系數(shù)大得多。這一事實說明真實接觸面積一定比簡單粘附理論所指出的大得多。在簡單粘附理論中，認為真實接觸面積決定于軟金屬的壓縮屈服極限和法向載荷。對于靜態(tài)接觸，這在大體上是正確的。為此，鮑登等人于1964年又提出了一種更切合實際的修正粘附理論。

這種理論認為，在摩擦情況下，輪廓峰接觸區(qū)除作用有法向力外,還作用有切向力,所以接觸區(qū)同時有壓應力和切應力存在。這時金屬材料的塑性變形取決于壓應力和切應力所組成的復合應力作用，而不僅僅取決于金屬材料的壓縮屈服極限σsy。圖<單個輪廓峰接觸模型>b所示為壓應力σy及切應力τ聯(lián)合作用下，單個輪廓峰的接觸模型，并且假定材料的塑性變形產(chǎn)生于最大切應力達到某一極限值的情況。若將作用在輪廓峰接觸區(qū)的切向力逐漸增大到Ff值，結點將進一步發(fā)生塑性流動，這種流動導致接觸面積增大。也就是說，在復合應力作用下，接觸區(qū)出現(xiàn)了結點增長的現(xiàn)象。結點增長模型如圖<單個輪廓峰接觸模型>c所示，其中τB 為較軟金屬的剪切強度極限。

　　在真空中，潔凈的金屬表面發(fā)生摩擦時結點可能大幅度地增長,因此摩擦系數(shù)較高, 在空氣中，由于界面上覆蓋有一層氧化膜或污染膜，這種表面膜通?？辜裟芰苋?因而摩擦系數(shù)較低。修正后的粘附理論認為：

　　當兩金屬界面被表面膜分隔開時,τBj為表面膜的剪切強度極限；當剪斷發(fā)生在較軟金屬基體內(nèi)時,τBj為較軟金屬基體的剪切強度極限τB；若表面膜局部破裂并出現(xiàn)金屬粘附結點時，τBj將介于較軟金屬的剪切強度極限和表面膜的剪切強度極限之間。

　　這個理論與實際情況比較接近，可以在相當大的范圍內(nèi)解釋摩擦現(xiàn)象。在工程中，常用金屬材料副的摩擦系數(shù)是指在常規(guī)的壓力與速度條件下,通過實驗測定的,并可認為是一個常數(shù)，其值可參考有關資料。

邊界摩擦(邊界潤滑)

　當運動副的摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，摩擦性質(zhì)取決于邊界膜和表面的吸附性能時的摩擦稱為邊界摩擦。潤滑劑中的脂肪酸是一種極性化合物，它的極性分子能牢固地吸附在金屬表面上。單分子膜吸附在金屬表面上的符號如右上圖a所示，圖中o為極性原子團。這些單分子膜整齊地呈橫向排列，很象一把刷子。邊界摩擦類似兩把刷子間的摩擦，其模型見右上圖b。吸附在金屬表面上的多層分子邊界膜的摩擦模型如右下圖所示。分子層距金屬表面越遠，吸附能力越弱，剪切強度越低，遠到若干層后，就不再受約束。因此，摩擦系數(shù)將隨著尾數(shù)的增加而下降，三層時要比一層時降低約一半。比較牢固地吸附在金屬表面上的分子膜，稱為邊界膜。邊界膜極薄，潤滑油中的一個分子長度平均約為0.002μm，如果邊界膜有十層分子其厚度也僅為0.02μm 。金屬表面粗糙的輪廓峰一般都超過邊界膜的厚度(當膜厚比λ≤l時)，所以邊界摩擦時，不能完全避免金屬的直接接觸，這時仍有微小的摩擦力產(chǎn)生，其摩擦系數(shù)通常約在0.1左右。

　　按邊界膜形成機理，邊界膜分為吸附膜(物理吸附膜及化學吸附膜)和反應膜。吸附膜的吸附強度隨溫度升高而下降，達到一定溫度后，吸附膜發(fā)生軟化、失向和脫吸現(xiàn)象，從而使?jié)櫥饔媒档停p率和摩擦系數(shù)都將迅速增加。

　　反應膜是當潤滑劑中含有以原子形式存在的硫、氯、磷時，在較高的溫度(通常在150℃ ～ 200℃)下，這些元素與金屬起化學反應而生成硫、氯、磷的化合物(如硫化鐵)在油與金屬界面處形成的薄膜。這種反應膜具有低的剪切強度和高熔點，它比前兩種吸附膜都更穩(wěn)定。

　　合理選擇摩擦副材料和潤滑劑，降低表面粗糙度值，在潤滑劑中加入適量的油性添加劑和極壓添加劑，都能提高邊界膜強度。

多層分子邊界

膜的摩擦模型

混合摩擦(混合潤滑)

　　當摩擦表面間處于邊界摩擦與流體摩擦的混合狀態(tài)時(膜厚比λ=l～5)，稱為混合摩擦?；旌夏Σ習r，如流體潤滑膜的厚度增大，表面輪廓峰直接接觸的數(shù)量就要減小，潤滑膜的承載比例也隨之增加。所以在一定條件下，混合摩擦能有效地降低摩擦阻力，其摩擦系數(shù)要比邊界摩擦時小得多。但因表面間仍有輪廓峰的直接接觸，所以不可避免地仍有磨損存在。

流體摩擦(流體潤滑)

　　當摩擦面間的潤滑膜厚度大到足以將兩個表面的輪廓峰完全隔開(即λ>5)時,即形成了完全的流體摩擦。這時潤滑劑中的分子已大都不受金屬表面吸附作用的支配而自由移動，摩擦是在流體內(nèi)部的分子之間進行，所以摩擦系數(shù)極小(油潤滑時約為0.001～0.008)，而且不會有磨損產(chǎn)生，是理想的摩擦狀態(tài)。