Еще одним процессом, связанным с наличием нескомпенсированных связей у поверхностных атомов, является осаждение на поверхности молекул окружающей среды (адсорбция), что снижает запас поверхностной энергии и энтропии. Уменьшение энтропии связано с потерей молекулами адсорбированного слоя степеней свободы. Процесс, обратный адсорбции, называется десорбцией. Различают адсорбцию физическую и химическую. Физическая адсорбция связана с притяжением инородных молекул за счет сил Ван-дер-Ваальса. Хемосорбция вызвана действием валентных связей. Поверхность в разных точках имеет разную поверхностную энергию. Микродефекты обладают повышенной адсорбционной активностью. За счет физической адсорбции на поверхности молекулы газов и воды оседают в первую очередь на активных участках - центрах адсорбции. Сорбированные молекулы вступают в химическую реакцию с материалом. Так протекает окисление поверхностей, вызывающее коррозию. Образуется окисная пленка. Сорбированная влага и температура стимулируют процесс окисления. Рост окисной пленки сначала происходит быстро, затем замедляется. Пленки различают по толщине: тонкие (толщина до 40 нм), средние (до 500 нм), толстые - видимые (толщиной более 500 нм). Окислы бывают мягкими и рыхлыми, например, у меди, железа и его сплавов (ржавчина). Твердые и сплошные пленки образуются на алюминии, благородных металлах. Свойства окисных пленок обычно существенно отличаются от свойств материала основы. Наиболее важными являются коэффициент теплового расширения, хрупкость, соотношение адгезионной и когезионной прочности. Из-за различия в свойствах пленки могут растрескиваться и отслаиваться, что существенно влияет на изнашивание при трении.
Процессы адсорбции являются первым этапом образования физической поверхности раздела -модифицированного поверхностного слоя, состоящего из молекул обеих соприкасающихся фаз. Такой слой получил название граничного слоя. Его образование связано в одних случаях с миграцией поверхностных атомов внутрь твердой фазы, диффузией и адсорбцией вдоль капилляров, диффузией вдоль границ кристаллических зерен и образованием твердых растворов. В других случаях (например, при образовании окисной пленки) преобладают процессы диффузии ионов металла через продукт реакции и химическое взаимодействие на границе твердая фаза - газ. В третьих случаях реализуются оба механизма одновременно.
При рассмотрении процессов трения со смазочным материалом особый интерес вызывает физическая адсорбция цепных молекул, из которых преимущественно состоят компоненты поверхностно активных веществ (ПАВ) и смазок.
Изучение граничного трения показало, что наиболее эффективно снижается сопротивление трению, когда при адсорбции полярных цепных молекул они ориентируются вертикально или наклонно к поверхности трения. В этом случае образующийся молекулярный ворс разделяет пару контактирующих поверхностей и существенно снижает трение. Граничный слой, у которого молекулярные цепи образуют изогнутую конфигурацию (рис. 3.18, б) должен обладать значительной упругостью на сжатие, что может обеспечить высокую несущую способность трибосопряжения.
Таким образом, граничные слои выполняют при трении несколько важных функций. В первую очередь они предотвращают непосредственный контакт неровностей и, экранируя поверхностные поля трущихся тел, значительно снижают их адгезию. В силу своего специфического строения они обладают анизотропией механических свойств и низкой сдвиговой прочностью в сочетании с большим сопротивлением нормальному сжатию. Нагрузочная способность граничной пленки может достигать нескольких ГПа.
Хорошо известно, например, что модифицирование поверхностного слоя металлов и сплавов различными физическими и химическими методами позволяет значительно повысить износостойкость сопряжений и снизить энергетические затраты на трение. Исследование влияния поверхности на поведение металлических материалов при трении позволило установить общий характер деградации поверхностного слоя при изнашивании, который проявляется во взаимосвязанном перемещении объемов материала (фрагментов) различного масштабного уровня и образовании микротрещин по их границам. Этот процесс приводит к образованию частиц износа. Подавление образования фрагментированной структуры путем создания упрочненного поверхностного слоя препятствует образованию частиц износа и, следовательно, уменьшает интенсивность изнашивания. К такому же эффекту при трении может привести и создание на поверхности тонкого пластичного слоя, в котором затухают напряжения, обусловленные взаимодействием микроконтактов сопряженных поверхностей. Такая локализация напряжений в пластичном слое не дает развиться фрагментированной структуре, следовательно, частицам износа.
Другим проявлением модифицирования структуры поверхностного слоя является его разупрочнение, что широко применяется при механической обработке материалов. Было установлено, что применение некоторых охлаждающих жидкостей при механической обработке металлов способствует снижению усилий при резании.