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摩耗とは、固体表面における材料の損傷、段階的な除去、または変形です。摩耗の原因は、機械的なもの（例：浸食）または化学的なもの（例：腐食）です。摩耗とそれに関連するプロセスの研究は、トライボロジーと呼ばれます。

機械要素の摩耗は、疲労やクリープなどの他のプロセスと相まって、機能面の劣化を引き起こし、最終的には材料の破損や機能の喪失につながります。したがって、摩耗は、ジョストレポートで最初に概説されたように、大きな経済的関連性を持っています。^[1]研磨摩耗だけでも、工業化国の国民総生産の1〜4％のコストがかかると推定されています。^[2]

金属の摩耗は、表面および表面付近の材料の塑性変位と、摩耗破片を形成する粒子の剥離によって発生します。粒子のサイズはミリメートルからナノメートルまでさまざまです。^[3]このプロセスは、他の金属、非金属固体、流動液体、流動ガスに巻き込まれた固体粒子または液滴との接触によって発生する可能性があります。^[4]

摩耗率は、荷重の種類（衝撃、静的、動的など）、運動の種類（滑り、転がりなど）、温度、潤滑、特に境界潤滑層の堆積と摩耗のプロセスなどの要因によって影響を受けます。^[5]トライボシステムに応じて、さまざまな摩耗タイプと摩耗メカニズムが観察されます。

摩耗の種類は、相対的な動き、摩耗面または「メカニズム」における乱れの性質、およびそれが自己再生層または基層に影響を与えるかどうかによって識別されます。^[6]

摩耗メカニズムは物理的な障害です。例えば、凝着摩耗のメカニズムは凝着です。摩耗メカニズムやサブメカニズムは頻繁に重複して相乗的に発生し、個々の摩耗メカニズムの合計よりも大きな摩耗率を生み出します。^[7]

凝着摩耗は摩擦接触中に表面間で発生し、一般的には摩耗破片や材料化合物が一方の表面から他方の表面へ望ましくない移動や付着を起こすことを指します。^[8]凝着摩耗には2つの種類があります: ^[要出典]

1. 凝着摩耗は、相対的な動き、直接接触、塑性変形によって発生し、摩耗破片や、ある表面から別の表面への物質の移動を引き起こします。
2. 凝集接着力は、実際の物質の移動の有無にかかわらず、測定可能な距離で離れていても 2 つの表面を結合します。

一般的に、凝着摩耗は、2 つの物体が互いに滑ったり押し付けられたりして、物質の移動が促進されるときに発生します。これは、表面層内の非常に小さな破片の塑性変形として説明できます。[要出典] 各表面にある凹凸^{または微細な}高点(表面粗さ) は、酸化物の破片が引き剥がされて他の表面に付着する程度に影響します。これは、原子間の強力な凝着力によるところもありますが、 ^{[9]相対運動中に凹凸間の}塑性領域にエネルギーが蓄積されることも原因です。

メカニズムの種類と表面引力の振幅は物質によって異なりますが、「表面エネルギー」の密度の増加によって増幅されます。ほとんどの固体は接触するとある程度接着します。しかし、酸化膜、潤滑剤、自然発生の汚染物質は一般的に接着を抑制します。^[10]また、表面間の自発的な発熱化学反応は、一般的に吸収された種のエネルギー状態の低い物質を生成します。^[11]

凝着摩耗は、粗さの増加や、元の表面より上に突起（つまり、塊）の形成につながる可能性があります。工業生産では、これはゴーリングと呼ばれ、最終的には酸化された表面層を破壊し、その下のバルク材料と結合し、塊の周りのより強い接着^[11]と塑性流動の可能性を高めます。

凝着摩耗の摩耗体積の簡単なモデルは次のように記述できる: ^{[12] [13]}${\displaystyle V}$

${\displaystyle V=K{\frac {WL}{H_{v}}}}$

ここで、は荷重、は摩耗係数、は滑り距離、は硬度です。 ${\displaystyle W}$${\displaystyle K}$${\displaystyle L}$${\displaystyle H_{v}}$

摩耗は、硬い粗い表面が柔らかい表面を滑るときに発生します。^[9] ASTMインターナショナルは、これを硬い粒子または硬い突起が固体表面に押し付けられ、固体表面に沿って移動することによる材料の損失と定義しています。^[14]

摩耗は、一般的に接触の種類と接触環境によって分類されます。^[15]接触の種類によって摩耗のモードが決まります。摩耗の 2 つのモードは、2 体摩耗と 3 体摩耗として知られています。2 体摩耗は、グリットまたは硬質粒子が反対側の表面から材料を除去するときに発生します。一般的な類似点は、切断または耕作操作によって材料が除去または移動されることです。3 体摩耗は、粒子が拘束されておらず、表面を自由に転がり滑り落ちるときに発生します。接触環境によって、摩耗がオープンとクローズのどちらに分類されるかが決まります。オープン接触環境は、表面が互いに独立するほど十分に移動した場合に発生します。

摩耗とそれに伴う材料除去方法に影響を与える要因は数多くあります。材料除去方法を説明するために、いくつかの異なるメカニズムが提案されています。一般的に認識されている摩耗のメカニズムは次の 3 つです。^{[引用が必要]}

1. 耕作
2. 切断
3. 断片化

プラウイングは、材料が摩耗粒子から離れて横に移動するときに発生し、直接材料が除去されない溝が形成されます。移動した材料は溝に隣接して隆起を形成し、その後研磨粒子が通過することで除去される可能性があります。

切削は、材料が表面から一次破片またはマイクロチップの形で分離され、溝の側面に材料がほとんどまたはまったく移動しないときに発生します。このメカニズムは、従来の機械加工によく似ています。

断片化は、切削プロセスによって材料が表面から分離され、研磨材が押し込まれることで摩耗材料の局所的な破壊を引き起こすときに発生します。これらの亀裂はその後、摩耗溝の周囲に局所的に自由に伝播し、剥離によってさらに材料が除去されます。^[15]

摩耗は、ISO 9352 または ASTM D 4060 に準拠した Taber 摩耗試験による質量損失として測定できます。

単一研磨摩耗の摩耗体積は次のように記述できる: ^[13]${\displaystyle V}$

${\displaystyle V=\alpha \beta {\frac {WL}{H_{v}}}=K{\frac {WL}{H_{v}}}}$

ここで、は荷重、は凹凸の形状係数（通常約 0.1）、は凹凸による摩耗度（通常 0.1 ～ 1.0）、は摩耗係数、は滑り距離、は硬度です。 ${\displaystyle W}$${\displaystyle \alpha }$${\displaystyle \beta }$${\displaystyle K}$${\displaystyle L}$${\displaystyle H_{v}}$

表面疲労は、材料の表面が周期的な荷重によって弱くなるプロセスであり、一般的な材料疲労の一種です。疲労摩耗は、表面の微小亀裂の周期的な亀裂成長によって摩耗粒子が剥離したときに発生します。これらの微小亀裂は、表面亀裂または表面下の亀裂のいずれかです。

フレッティング摩耗とは、2 つの表面の間で繰り返される周期的な摩擦です。一定期間にわたってフレッティングが発生すると、接触している一方または両方の表面から材料が除去されます。これは通常ベアリングで発生しますが、ほとんどのベアリングは、この問題に耐えられるように表面が硬化されています。もう 1 つの問題は、どちらかの表面に亀裂が生じると発生するもので、フレッティング疲労と呼ばれます。これは 2 つの現象のうち、ベアリングの壊滅的な故障につながる可能性があるため、より深刻なものです。摩耗によって除去された小さな粒子が空気中で酸化されると、関連する問題が発生します。酸化物は通常、下層の金属よりも硬いため、硬い粒子が金属表面をさらに摩耗させると、摩耗が加速します。フレッティング腐食も同様に作用し、特に水が存在すると作用します。橋などの大きな構造物にある保護されていないベアリングは、冬に塩を使用して橋が通る高速道路の凍結防止に使用された場合、動作が著しく低下する可能性があります。フレッティング腐食の問題は、シルバー ブリッジの悲劇とミアヌス川橋の事故に関係していました。

侵食摩耗は、極めて短い滑り運動として定義され、短時間間隔で実行されます。侵食摩耗は、固体または液体の粒子が物体の表面に衝突することで発生します。^{[10] [16]}衝突した粒子は、変形と切削動作を繰り返すことで、表面から徐々に材料を除去します。^[17] これは、産業界で広く見られるメカニズムです。搬送プロセスの性質上、研磨粒子を輸送する必要がある場合、配管システムは摩耗しやすくなります。^[18]

侵食摩耗の速度は、多くの要因に依存します。粒子の形状、硬度、衝突速度、衝突角度などの材料特性は、侵食される表面の特性とともに主要な要因です。衝突角度は最も重要な要因の 1 つであり、文献で広く認識されています。^[19]延性材料の場合、最大摩耗率は衝突角度が約 30° のときに見られますが、非延性材料の場合、最大摩耗率は衝突角度が表面に対して垂直であるときに発生します。^[19]侵食摩耗の傾斜角度と材料特性への依存性に関する詳細な理論的分析は、^{[20]で提供されています。}

与えられた粒子形態に対して、侵食速度は速度に依存するべき乗則に当てはめることができる：^[16]${\displaystyle E}$

${\displaystyle E=kv^{n}}$

ここで、は定数、は速度、は速度指数です。は通常、金属の場合は 2 ～ 2.5、セラミックの場合は 2.5 ～ 3 です。 ${\displaystyle k}$${\displaystyle v}$${\displaystyle n}$${\displaystyle n}$

腐食と酸化摩耗は、潤滑接触と乾燥接触の両方で発生します。基本的な原因は、摩耗した材料と腐食媒体との間の化学反応です。^{[21]摩擦応力と腐食の相乗作用によって引き起こされる摩耗は、}摩擦腐食とも呼ばれます。

衝撃摩耗は、2 つの物体の接触によって発生します。侵食摩耗とは異なり、衝撃摩耗は常に同じ、明確に定義された場所で発生します。衝撃が繰り返される場合、通常、衝撃の瞬間の運動エネルギーは一定です。衝撃の頻度は異なる場合があります。摩耗は両方の物体で発生する可能性がありますが、通常、一方の物体の硬度と靭性は大幅に高いため、その摩耗は無視されます。

その他のあまり一般的ではない摩耗の種類としては、キャビテーション摩耗と拡散摩耗がある。^[6]

公称動作条件下では、摩耗率は通常3つの異なる段階で変化します。^{[引用が必要]}

• 初期段階または慣らし運転の初期段階では、表面が互いに適応し、摩耗率が高い場合と低い場合がある。
• 安定した摩耗が見られる第 2 段階または中期プロセス。コンポーネントの動作寿命の大半はこの段階で費やされます。
• 第三段階または老朽期では、摩耗率が高いために表面が急速に劣化します。

摩耗率は、動作条件とトライボフィルムの形成に大きく影響されます。高温、ひずみ率、応力などの環境条件が厳しくなると、第 2 段階は短くなります。

さまざまな動作条件下での摩耗率を示すいわゆる摩耗マップは、摩擦接触の安定した動作点を決定するために使用されます。摩耗マップは、さまざまな負荷条件下での支配的な摩耗モードも示します。^{[引用が必要]}

金属表面間の工業的条件をシミュレートした明示的な摩耗試験では、さまざまな摩擦メカニズム間の大きな重複と共生関係のため、異なる摩耗段階間の明確な時系列の区別はありません。表面エンジニアリングと処理は、摩耗を最小限に抑え、部品の耐用年数を延ばすために使用されます。^{[1] [22]}

明確に定義された条件下で、指定された期間に材料がどれだけ除去されるかを判断するために、さまざまな種類の摩耗に対していくつかの標準テスト方法があります。ASTM International委員会 G-2 は、特定の用途の摩耗テストを標準化しており、定期的に更新されています。摩擦潤滑技術者協会 (STLE) は、多数の摩擦、摩耗、潤滑テストを記録しています。標準化された摩耗テストは、テストの説明で規定されている特定のテスト パラメータ セットの比較材料ランキングを作成するために使用されます。産業用途での摩耗をより正確に予測するには、摩耗プロセスを正確にシミュレートする条件下で摩耗テストを実施する必要があります。

摩耗試験は、粒状材料の摩耗に対する耐性を測定するために実行される試験です。

ライ・アーチャード・フルシチョフの摩耗法則は古典的な摩耗予測モデルである。^[23]

摩耗係数は、材料の摩耗を測定、特性評価、相関付けるために使用される物理的な係数です。

潤滑剤分析は、摩耗を測定するための代替の間接的な方法です。ここでは、液体潤滑剤中の摩耗粒子の存在によって摩耗が検出されます。粒子の性質についてさらに詳しく知るために、化学的分析（XRF、ICP-OESなど）、構造的分析（フェログラフィーなど）、または光学的分析（光学顕微鏡など）を行うことができます。^[24]

• 摩耗（機械的）  – 表面を磨耗させるプロセス
• バックラッシュ（エンジニアリング）  – 嵌合部品間のクリアランス
• ヒステリシス – システムの状態が履歴に依存すること
• トライボメータ – 表面間の摩擦と摩耗を測定する機器 — 摩擦と摩耗を測定するために使用される機器
• コンクリートの劣化 – コンクリートの機械的強度と耐久性に影響を与える損傷
• 摩耗係数 – 物質の摩耗を測定するために物理学で使用される係数Pages displaying wikidata descriptions as a fallback
• アーチャード方程式 – 摩耗を説明するために使用されるモデル
• ライの仮説 [it]

• ボウデン、タボル：固体の摩擦と潤滑（オックスフォード：クラレンドンプレス、1950年）。
• Kleis I. および Kulu P.:固体粒子浸食。 Springer-Verlag、ロンドン、2008 年、206 ページ。
• Zum Gahr K.-H.:材料の微細構造と摩耗、Elsevier、アムステルダム、1987 年、560 ページ。
• Jones JR:潤滑、摩擦、摩耗、NASA-SP-8063、1971、75 ページ。ここでは、無料で入手できる優れたドキュメントです。
• SC Lim. 摩耗メカニズムマップの最近の進歩。Trib. Intl. 1998; 31; 87–97。
• HC MengとK. C Ludema。Wear 1995; 183; 443–457。
• R.ボスマンとDJシッパー。Wear 2012; 280; 54–62。
• MW Akram、K. Polychronopoulou、AA Polycarpou. Trib. Int.: 2013; 57;9 2–100.
• PJ Blau、「トライボシステム分析 - 摩耗問題の診断への実践的アプローチ」CRC Press、2016 年。

• ミシュコルツ大学: 摩耗と摩耗メカニズム