聚乙烯醇／纳米羟基磷灰石复合水凝胶的接触变形与启动摩擦特性研究

选用高分子聚乙烯醇(PVA)和纳米羟基磷灰石(HA)为原料,采用反复冷冻-融化法制备PVA/HA复合水凝胶,在超高精度三维轮廓仪、光学显微镜和S-3000N型扫描电子显微镜上观察PVA/HA复合水凝胶的微观组织形貌,用精密位移传感器对PVA/HA复合水凝胶的接触变形特性进行测量,采用UMT-II型微摩擦磨损试验机评价PVA/HA复合水凝胶的启动摩擦特性.结果表明:PVA/HA复合水凝胶与天然骨组织具有相似的交联网状微观结构,表现出良好的黏弹性;PVA/HA复合水凝胶在滑动过程中的法向位移变化所对应的时间以及启动摩擦系数与接触时间呈现出先减小而后增大的趋势,在相同接触时间下,天然软骨的启动摩擦系数及其对应的滑行时间均比PVA/HA复合水凝胶小;而PVA/HA复合水凝胶的启动摩擦系数与滑动速率无明显的关联性;试样之间法向位移的转折点及其所对应的滑行时间均随滑动速率的增大而减小,这与天然软骨的试验结果基本一致.     

仿生人工软骨材料的摩擦磨损性能及润滑机理研究

采用原位复合法制备聚乙烯醇水凝胶(PVA-H),采用模板-滤取法制备多孔超高分手量聚乙烯(UHMWPE)材料,对比研究了这2种材料在相同条件下的摩擦磨损性能,通过改变试验转速和载荷获得Stribeck曲线,并对其润滑机理进行分析.结果表明:干摩擦条件下,多孔UHMWPE和PVA-H的摩擦系数和磨损量均较大;在水润滑和牛血清润滑条件下,二者的摩擦磨损性能均得以改善,且PVA-H具有更低的磨损量.Stribeck曲线分析表明:仿生UHMWPE具有的多孔结构使得在其一定的区域内可以形成混合润滑区域;PVA-H具有更好的亲水性能和多孔结构,对应的Stribeck曲线谷底较宽,能够形成较宽的混合润滑区域和流体润滑区域,从而降低了接触区域的磨损量.     

两亲性氧化石墨烯/聚(丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯)复合水凝胶的制备及介质调控的摩擦学性能研究

为解决水凝胶在溶剂中机械强度差的问题,同时保持其表面低摩擦特性以满足软物质材料的润滑需求,文中通过使用N,N-二甲基甲酰胺/水(DMF/H_2O)混合溶剂,采用一步聚合法制备得到氧化石墨烯增强的两亲性氧化石墨烯/聚(丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯)复合水凝胶材料.利用流变仪测试了复合水凝胶材料的机械性能,结果表明疏水性组分聚甲基丙烯酸甲酯的对复合水凝胶起到了明显的增强作用.系统考察了氧化石墨烯/聚(丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯)复合水凝胶材料分别在不同亲疏水单体比例和不同DMF/H_2O混合比例溶剂中的溶胀和摩擦性能,结果表明两亲性复合水凝胶具有明显的介质响应行为,从而实现在不同溶剂环境下摩擦性能的调控.     

几种酰胺类化合物作为添加剂对钢—钢和钢—铝摩擦副摩擦学性能的影响

采用四球摩擦磨损试验机和SRV摩擦磨损试验机考察了 4种酰胺化合物对钢 -钢和钢 -铝摩擦副摩擦磨损性能的影响 ,用X射线光电子能谱 (XPS)分析了丙烯酰胺润滑下铝合金磨斑表面元素的化学状态 .结果表明 :对钢 -钢摩擦副 ,酰胺类化合物表现出一定的抗磨减摩作用 ,对钢 -铝摩擦副 ,丙烯酰胺和乙酰胺表现出良好的抗磨减摩性能 .XPS分析结果显示 ,铝合金磨斑表面存在 3种价态的氮的化合物及 2种价态的铝 ,表明其磨损表面生成了复杂的反应膜     

两种润滑介质下关节软骨摩擦行为的对比研究

通过对两种润滑介质下关节软骨摩擦行为的对比研究,探讨软骨摩擦行为的影响因素.以牛膝关节软骨为摩擦副,以生理盐水和50%小牛血清溶液为润滑介质,在UMT-2试验机上分别测定软骨摩擦副的接触变形和摩擦系数,以及两种润滑介质在软骨表面的接触角.结果表明:滑动时接触变形是由软骨变形量和波动变形组成,软骨变形量与时间呈非线性增加,波动变形与时间呈周期非线性变化;软骨表面轮廓对波动变形和摩擦系数有着显著的影响;生理盐水的接触角低于小牛血清溶液的接触角,生理盐水的软骨变形量和摩擦系数均略高于小牛血清溶液的变形量和摩擦系数,其差异可能是边界润滑的效果.     

聚乙烯醇水凝胶/钛合金摩擦磨损特性的正交试验研究

利用冷冻-解冻法制备聚乙烯醇(PVA)水凝胶,运用正交试验法在球-盘摩擦磨损试验机上研究滑动速度、载荷和润滑状态对PVA水凝胶/钛合金摩擦副摩擦系数的影响及在不同载荷下的磨损性能.结果表明:滑动速度、载荷和润滑状态3种因素对PVA水凝胶/钛合金球摩擦副的摩擦系数影响显著程度由高到低依次为载荷＞滑动速度＞润滑状态;在干摩擦和水润滑状态下,摩擦系数变化甚微,平均摩擦系数随滑动速度的增加而下降,随着载荷增加而升高;当转速从110 r/min升至220 r/min时,平均摩擦系数从0.038降至0.031,降幅达19.4%;当载荷从5 N增至10 N时,平均摩擦系数从0.027增至0.042,增幅达51.8%;PVA水凝胶的磨损率随载荷增加而降低且载荷对磨损率影响的显著程度逐渐降低;当载荷从5 N增至10 N时,磨损率降幅高达2.6倍,当载荷从10 N增至15 N时,仅下降35%.     

对甲苯酚-AOT双组份超分子凝胶的制备及摩擦学性能研究

本文中报道了一类制备方法简单且成本较低的双组份超分子凝胶,其具有良好的减摩抗磨性能. 双组份凝胶的两种凝胶因子选择的是对甲苯酚(p-cresol)和琥珀酸二(2-乙基己基)酯磺酸钠(AOT),它们在基础油中共同作用形成凝胶,将该双组份凝胶因子简称为p-cresol-AOT. 该双组份凝胶因子具有很强的自组装能力,可以凝胶化多种润滑油,包括矿物润滑油、合成润滑油和全配方商品润滑油等. 本文中通过氢谱核磁共振、红外光谱和RS6000旋转流变仪对凝胶的自组装机理和流变学进行研究,结果显示凝胶因子通过分子间非共价键作用发生超分子自组装. 采用微动摩擦磨损试验机(SRV-IV)对超分子凝胶润滑剂进行摩擦学评价,结果显示,p-cresol-AOT在不同的基础润滑油中形成的凝胶均能提高该基础油的耐极压,减摩和抗磨性能. 该凝胶润滑剂之所以具备良好的润滑性能主要归结于凝胶因子起到了润滑添加剂的作用,在摩擦过程中形成有效的边界保护膜从而减少了摩擦副的直接接触,起到了良好的润滑保护作用.      

天然关节软骨与医用不锈钢摩擦磨损行为研究

采用天然关节软骨与不锈钢摩擦副在往复运动试验机上进行关节软骨的摩擦学试验研究,探讨载荷、速度、润滑和作用时间对摩擦磨损行为的影响并分析其作用机理,并对摩擦磨损前后的软骨表面进行分析.结果表明:随着载荷从10 N增至22 N,软骨与不锈钢间的摩擦系数从0.147降至0.117;在同样的润滑和压力下,速度越大软骨和不锈钢的摩擦系数越小;透明质酸溶液可以有效降低软骨与不锈钢之间的摩擦,长时间试验后摩擦系数基本保持在0.23左右.试验后软骨表面出现磨损并伴有大量磨损颗粒,表面有明显的划痕出现,磨粒的粒径大小分布范围较窄,小尺寸的磨粒数目较多.     

PU/PMMA IPNs复合材料的摩擦学性能和阻尼性能研究

聚合物互穿网络(IPNs),结构可调且设计性强,是制备具有阻尼减振效果兼具海水润滑特性复合材料的一种有效选择.本研究中设计合成了一系列组成成分不同的基于聚四氢呋喃二元醇(PTMG)-聚氨酯(PU)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的互穿网络结构(IPNs),并系统研究了PU/PMMA IPNs在海水润滑条件下的摩擦学性能及其阻尼性能.结果表明:随着PU含量的增加,其摩擦系数和磨损率均显著降低,当PU与PMMA的组成比例为60/40时,复合材料的摩擦系数降低至0.15,质量磨损率0.10%;同时材料的阻尼因子从0.77降至0.24,有效阻尼温域从40℃降至25℃,阻尼性能呈下降趋势.     

离子液体作为钢-聚四氟乙烯润滑剂的摩擦学性能研究

采用微动摩擦磨损试验机考察了不同条件下三种离子液体作为钢/聚四氟乙烯润滑剂的摩擦学性能,并与传统润滑油聚α-烯烃(PAO)及干摩擦条件下的摩擦学性能做了对比.采用扫描电子显微镜(SEM)及X射线光电子能谱仪(XPS)对磨斑表面进行了分析.结果表明:在变载变频试验条件下,三种离子液体与PAO的减摩抗磨性能相当;而在长磨试验条件下,离子液体均表现出优于PAO的摩擦学性能.原因是离子液体分子中的N、P、O等活性元素在摩擦过程中与聚四氟乙烯基底发生了摩擦化学反应,形成了具有润滑作用的化合物边界润滑膜,有效抑制了摩擦副的直接接触,而且该润滑膜的性能优于PAO润滑下形成的保护膜,从而使离子液体表现出优于PAO的摩擦学性能.     

面接触条件下海藻酸钠的水基润滑

以海藻酸钠作为水基润滑添加剂,研究面接触条件下石英玻璃片摩擦副的摩擦学特性.采用红外光谱仪分析海藻酸钠的分子结构,采用3D表面轮廓仪测量试样的表面形貌,在微摩擦磨损试验机上测试不同摩擦副的摩擦系数.结果表明:面接触条件下,下试样表面粗糙度Ra值为0.555 nm时,上试样表面粗糙度大于下试样表面粗糙度时方可相对滑动,上试样表面粗糙度越大,摩擦系数越大.上下试样表面粗糙度合理搭配可保证海藻酸钠溶液能形成稳定的润滑膜,获得极低的摩擦系数.加入饱和氯化物破坏海藻酸钠水合分子层,摩擦系数急剧增大.海藻酸钠水基润滑层包括水分子层和海藻酸钠水合分子层,其中海藻酸钠水合分子层起主要作用.     

聚合物／无机纳米复合材料润滑油添加剂的摩擦学功能设计

选择3种具有不同抗磨性能的纳米组分,制备了具有不同界面特性的聚合物／无机纳米复合材料;考察了纳米复合材料的减摩抗磨性能和机理,探讨了关于纳米复合材料润滑油添加剂的摩擦学功能设计准则。结果表明：对聚合物与无机纳米组分界面进行设计优化后能明显提高纳米复合材料的摩擦学性能。实现聚合物与无机纳米组分界面的优化设计后,聚合物与无机纳米组分之间具有更好的相容性,无机纳米组分在聚合物基体中分布更均匀;当聚合物基体在摩擦热和剪切作用下熔融分解后,裸露出来的具有高活性的无机纳米组分可在摩擦副接触表面形成具有良好摩擦学性能的表面膜。     

基于表面织构技术改善摩擦学性能的研究进展

利用表面织构技术改善材料表面摩擦学性能已被大量应用于许多工程领域. 然而,通过表面织构技术提高材料表面的减摩耐磨性能的确切机理仍不清楚,因此,研究人员进行了大量表面织构几何特征和工况条件的优化来研究表面织构技术的机理及应用范围. 本文作者回顾了近年来表面织构技术在控制摩擦方面的主要研究成果,从不同润滑条件下的减摩机制与理论模型展开讨论,重点从表面织构的几何特征和实际工况条件两个方面来评述改善材料表面摩擦学性能的最新进展,其中,几何特征包括表面织构的纹理形状、直径、深度、面密度和排列方式;实际工况条件取决于摩擦形式及操作条件,根据摩擦系数、磨损量、承载能力、阻力系数及升力系数等体现摩擦学性能的参数,对改善表面摩擦学性能的参数和条件进行分析和总结. 深入研究精确的理论模型和普适性的模拟方法并开发改善摩擦学性能的参数优化方法是未来的研究重点和方向.      

油溶性烷氧基硼酸钠的制备及其抗磨减摩性能研究

合成了油溶性烷氧基硼酸钠,用红外光谱（IR）和等离子体原子吸收光谱（ICP）表征其结构与组成,在四球及环块摩擦磨损试验机上考察了其摩擦学性能,采用扫描电子显微镜（SEM）及光电子能谱仪（XPS）观察分析磨斑表面成分。结果发现：所合成的油溶性含硼和钠的化合物在磨斑表面形成由FeB,Fe2B和沉积物等组成的抗磨减摩膜,从而显著改善油品的抗磨减摩性能。     

干摩擦和水润滑条件下芳纶浆粕/环氧树脂复合材料摩擦磨损性能研究

研究了芳纶浆粕纤维增强环氧复合材料在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能,探讨了纤维含量对复合材料摩擦磨损性能的影响,并分析了复合材料的磨损机理.结果表明:芳纶浆粕纤维能够大幅度提高环氧树脂的摩擦磨损性能;当纤维体积分数为40%时,复合材料的比磨损率最小;在水润滑条件下,复合材料的摩擦系数和磨损率均比干摩擦下的明显降低,这是由于水起到了润滑和冷却作用;干摩擦时的磨损机理为粘着磨损和塑性变形,水润滑时主要为犁削和轻微的磨粒磨损.     

激光表面织构化改善摩擦学性能的研究进展

介绍了激光表面织构化的过程及其摩擦学研究现状，讨论了激光表面织构的形状、直径、深度、取向和密度等结构参数对润滑状态及其磨损机理的影响，指出今后可将先进涂层技术和激光表面织构化结合起来，在混合／边界润滑状态下获得较低的摩擦系数，并应加强以润滑理论为基础的研究，预先模拟、计算出表面微结构的最佳参数以达到实际摩擦工况的润滑要求．     

空间机械的摩擦学设计探讨

本文对空间机械的摩擦学设计进行了探讨,指出要确保空间机械工作的可靠性,就应当根据摩擦学知识在进行空间机械摩擦副结构、强度及动力学设计的同时,合理地选择润滑方式和润滑材料。作者认为,系统地积累空间摩擦学基础知识和各类润滑材科的基本性能数据,以及建立材科的基本性能与实际应用性能之间的数学关系式,都是进行空间机械摩擦学设计所需要具备的条件,并且提出应当根据摩擦副的使用环境和操作条件选择润滑方式利润滑材料,以及根据润滑材科的性能确定摩擦副的结构、强度和动力学设计的摩擦学设计之方法与步骤。 作者在举例说明对空间机械进行摩擦学设计的重要性后强调指出,为了提高我国空间机械的设计水平,应当加强研究部门与设计部门的密切合作,加速建立以材料之基本性能为基础的摩擦学数据库,并逐步建立空间机械摩擦学设计方面的专家系统。     

锡青铜梯度自润滑复合材料的摩擦学性能

利用粉末冶金工艺设计和制备了新型润滑材料——锡青铜梯度自润滑复合材料;在MM-200型摩擦磨损试验机上考察了其摩擦学性能,利用扫描电子显微镜观察分析了磨损表面形貌,进而探讨了其摩擦磨损机理.结果表明:锡青铜梯度自润滑复合材料摩擦学性能优异,且偶件损伤轻微;所研制的锡青铜梯度自润滑复合材料的摩擦学性能优于目前国内常用的金属润滑材料555铅青铜、6501锡青铜以及进口多层金属润滑材料;锡青铜梯度自润滑复合材料的优异减摩抗磨性能取决于其特殊的梯度结构.     

铜和石墨对铁基含油自润滑复合材料机械及摩擦学性能的影响

采用粉末冶金工艺制备了铁基含油自润滑复合材料,考察了Cu与石墨的含量对铁基含油自润滑复合材料的机模样性能、摩擦学性能及组织结构的影响,并利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及光学显微镜等对材料的组分、显微组织形态和结构以及磨损表面形貌等进行了系统的观察和分析,结果表明：添加适量Cu的Fe-Cu二元系材料的机械性能和摩擦学性能明显优于Fe系材料,这主要是因为Cu的加入改变了材料的微观结构。添加适量石墨的Fe-Cu-石墨三元系材料比Fe-Cu二元系材料具有更优异的摩擦学性能,但机械性能有所下降,这主要是由于石墨与油的协同润滑效应和石墨的加入改变了材料的微观结构所致。     

蛇纹石矿物作为润滑油添加剂对锡青铜摩擦学行为的影响

采用SRV滑动磨损试验机考察了蛇纹石天然矿物粉体作为添加剂对油润滑条件下与钢对磨时锡青铜摩擦磨损的影响. 借助扫描电镜、能谱仪、X射线光电子能谱仪、纳米压痕仪等对磨损表面形貌、元素组成与化学状态，以及纳米力学性能进行了分析，探讨了蛇纹石添加剂改善锡青铜摩擦学性能的作用机制. 结果表明:蛇纹石矿物在锡青铜表面形成了1层由金属氧化物、氧化物陶瓷、石墨和有机物构成的复合摩擦反应膜，其纳米硬度和弹性模量呈表面低、内部高的梯度变化，从而显著改善了油润滑条件下锡青铜的摩擦学性能.