摩擦学研究的发展概况与趋势

本文简要地综述了近年来摩擦学研究(包括摩擦与磨损的机理、润滑力学、材料与润滑剂、表面技术与工程和摩擦学设计等方面)取得的进展,并就摩擦学研究各领域的发展趋势作了预测。作者特别强调在今后的摩擦学研究中应当注意下述几个方向:摩擦学研究已从传统的力学向材料科学与技术转移;适合于高温应用的或具有低摩擦长寿命的摩擦学材料和润滑剂;磁记录和微型机械的微观摩擦学及纳米级材料摩擦学;摩擦学设计和摩擦学知识的转移。     

摩擦电物理和摩擦电化学机理的研究进展

本文作者按照摩擦系统中的不同润滑状态,综述了干摩擦、边界润滑、薄膜润滑和流体润滑四种润滑状态中的摩擦电物理和摩擦电化学现象及相关机理的研究进展,总结了相关研究领域中当前存在的问题并指出了今后值得深入探索的几个方向,以期为摩擦学工作者从电磁学的角度完善和发展摩擦学的理论和实践提供有益的借鉴和参考.     

超低温摩擦学研究进展

近年来，随着深空探测、超导和量子计算等技术的发展，越来越多的装备需要在极端低温工况下服役，超低温引起的润滑问题日益显现.目前超低温摩擦学研究相对较少，主要集中在材料摩擦学性能的变化研究方面，对其背后作用机制的研究并不深入.超低温下大多数固体润滑材料的耐磨性能变差，难以满足长时间服役需求；材料的摩擦学行为受环境、制备方法以及材料种类等众多因素影响，摩擦学性能变化趋势和程度有所不同，难以形成统一的认识.本文作者从超低温对材料原子和电子运动抑制作用的本质出发，归纳分析了超低温对润滑材料摩擦学性能的影响机制，从超低温引起力学性能变化、摩擦界面间的化学反应活性变化、相结构及界面结构变化以及电子-声子耦合等微观能量耗散形式等4个方面的影响机制进行了介绍，并对未来超低温摩擦学的发展方向和亟需解决的问题进行了展望.     

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。     

空间机械润滑研究的发展现状

根据研究工作积累并结合文献资料调研，对空间机械润滑研究的发展现状作了综合、归纳、分析与评述．首先，简要阐明了空间机械所经历的地面水蒸汽和氧，发射过程中的强烈振动和冲击过载，太空高真空和原子氧及强辐射等对空间机械摩擦学系统的影响．接着，根据空间技术发展的需要，提出并讨论了急等解决的空间机械摩擦副降低摩擦和提高稳定性，间歇操作状态下的润滑和防止冷焊，以及极端环境中的润滑和延长使用寿命等问题；比较系统地阐述了现有空间润滑材料的特性和存在的问题及其研究动态，指出这类材料总的发展趋势是多元复合或合金化和多层膜．针对空间机械润滑研究的现状，明确强调摩擦学材料表面及次表面层的优化处理，提高复合材料中各组元间的界面结合强度，改进摩擦学设计和模拟试验等，都应当列为空间机械摩擦学系统今后研究的重点     

摩擦学的进展与展望

对摩擦学近１０多年来在润滑与润滑剂和摩擦与磨损两个方面的进展作了综合介绍与评述，指出最引人注目的是采用扫描隧道显微镜、原子力显微镜和超薄膜干涉仪等先进仪器设备对边界润滑和边界膜进行原位研究，以及纳米摩擦学、陶瓷摩擦学、空间摩擦学、核反应系统摩擦学、微观摩擦学和表面工程等的发展与各种新型摩擦学材料的开发。同时，还对本世纪末和下世纪初摩擦学的发展前景作了展望，认为在摩擦学设计、新的摩擦学系统、特殊的摩     

不同润滑条件下PA66的摩擦学性能研究

采用PA66试块和镀镍钢试环，在MRH-3数显式高速环块磨损试验机上开展控制变量试验，探究了PA66在干摩擦、湿润滑及不同种类完全水润滑条件下的摩擦学性能，并结合表面形貌分析其摩擦磨损机理. 结果表明:PA66在线速度0.51 m/s，载荷1.17 MPa下的摩擦学性能相对良好. 进一步开展正交试验，得出在线速度1.29 m/s、载荷0.95 MPa的完全水润滑条件下，PA66的摩擦学性能达到最优. 该研究为PA66被用作水润滑轴承或导轨的材料提供了试验依据.      

Ti_3SiC_2-Al_2O_3复合材料在不同液体介质中的摩擦磨损性能

采用真空热压烧结工艺制备了Ti3SiC2和Ti3SiC2-Al2O3复合材料,考察了其与GCr15钢球配副在无润滑条件、去离子水和乙醇介质中的摩擦磨损性能.研究结果表明:在无润滑条件和去离子水中,2种摩擦副的摩擦学性能较差;在乙醇中,2种摩擦副均表现出优异的摩擦学性能;从无润滑条件到去离子水和乙醇介质中,2种摩擦副的磨损机理受从钢球到盘的单向转移以及摩擦氧化控制.与单一Ti3SiC2材料相比,Ti3SiC2-Al2O3复合材料具有更好的摩擦学性能.     

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.     

聚双环戊二烯在干摩擦和油润滑条件下的摩擦学性能

采用反应注射成型法制备了聚双环戊二烯(PDCPD)材料,力学性能测定结果表明所得材料具有较高韧性和刚性.利用MM-200摩擦试验机考察了PDCPD材料在干摩擦和液体石蜡润滑下的摩擦学性能,结果表明:干摩擦条件下,负荷在一定范围内时材料呈现黏着磨损,而当负荷较高时,发生严重的机械切削和塑性变形,呈现类似于疲劳磨损的磨损方式;液体石蜡润滑条件下,材料呈现典型的磨粒磨损,在所研究的负荷范围内表现出优良的摩擦学性能.     

尼龙自润滑性与表面织构协同作用对HDPE基水润滑轴承摩擦磨损性能的影响

传统的船舶尾轴油润滑轴承的润滑油泄露造成了严重的海洋污染，逐渐被水润滑轴承取代，但水较差的承载能力要求水润滑轴承具有良好的减磨耐磨性能. 通过HDPE与PA66的共混材料研究尼龙润滑填料和表面织构协同作用对水润滑轴承摩擦磨损性能的影响，利用超景深三维显微系统测量共混材料试样浸泡后的表面纹理结构，利用CBZ-1摩擦磨损试验机对试样进行摩擦试验并记录摩擦系数，利用表面轮廓仪和扫描电镜(SEM)观察试样磨损形貌并分析其磨损机理. 试验表明:PA66的添加能优化共混材料的摩擦学性能. PA66的水溶胀性使共混材料表面形成微凸织构，降低摩擦系数和减轻表面磨损；PA66的存在可使共混材料在摩擦过程中在对摩铜盘表面形成转移膜，有效保护摩擦副表面，减轻磨损.      

聚苯硫醚复合材料在柴油润滑状态下的摩擦学性能研究

分别以短切碳纤维(SCF)、铜(Cu)、氧化铜(CuO)和硫化铜(CuS)微米颗粒作为填料,通过热压成型制备了系列的聚苯硫醚(PPS)复合材料.利用环-块摩擦磨损试验机,研究了PPS复合材料在柴油润滑状态下的摩擦学性能,结合摩擦表面形貌、转移膜结构和摩擦化学分析,研究了摩擦学机理.结果表明:填充微米颗粒后,PPS复合材料在柴油润滑状态下的摩擦学性能均有不同程度的提高.加入SCF后,PPS表现出最好的耐磨性;Cu和CuS颗粒显著降低PPS的摩擦系数.在此基础上,进一步探究了SCF/Cu、SCF/CuS两组复合填料分别对PPS材料摩擦学性能的影响.研究发现:复合填充SCF和CuS填料后,PPS复合材料的摩擦学性能最佳.SCF和CuS表现出显著的协同效应:SCF提高PPS材料的承载能力和耐磨性;CuS在摩擦界面发生摩擦化学反应,促进具有润滑特性转移膜的形成.     

摩擦学研究中的固体表面

本文叙述了从表面科学的角度研究摩擦学的发展概况。着重从相对运动相互接触的固体表面的轮廓、化学组成、结构、表面热力学性质以及表面膜的形成对摩擦、磨损与润滑的影响之研究,阐明固体表面性能的研究在摩擦学研究中的重要性。作者认为,利用表面科学仪器研究摩擦磨损的微观过程和研究相对运动表面的化学物理变化对于揭示摩擦学现象的本质,指导润滑材料的研制和应用,以及控制摩擦磨损都会起到重要的作用。所以,在摩擦学研究中表面现象是一个值得重视的研究领域。     

碳化物衍生碳涂层/氮化硅摩擦副在水润滑下的摩擦学性能

基于SiC陶瓷在水润滑条件下可能出现因摩擦界面无水或过载引起的失效问题,考察了SiC陶瓷、碳化物衍生碳(CDC)涂层在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能.研究结果表明:CDC涂层在干摩擦和水润滑条件下均具有优异的摩擦学性能,可在摩擦界面无水或过载下正常工作;在水润滑条件下,CDC涂层在宽的载荷和滑动速度下具有优异的摩擦学性能.从微结构角度分析比较了CDC涂层与商品石墨的差异,并由此讨论了其摩擦学性能的差异.讨论了加工SiC陶瓷引起的表面织构对CDC涂层在水润滑条件下摩擦学性能的影响机制.     

天然生物材料及其摩擦学

评述了几种天然生物材料的特性及其摩擦学研究现状,分析了天然生物复合材料、角蛋白材料、土壤动物体表、植物叶的结构和表面形态及性能,介绍了天然生物材料的摩擦与磨损性能及生物防粘减阻和生物润滑技术,并探索性地提出了摩擦学仿生概念。     

重大装备橡塑密封系统摩擦学进展与发展趋势

阐述了橡塑密封系统摩擦学在"工业强基"战略以及智能制造装备(中国制造2025)的主要挑战.综述了目前橡塑密封的弹性体磨损、润滑、摩擦、界面失稳研究现状,概述了橡胶摩擦学在磨损润滑、摩擦接触研究的主要难题(包括基础理论、计算方法、仪器研制等),分析了我国与世界高端橡塑密封工业先进发达国家的差距,并就未来橡塑密封理论、技术、应用领域的重点提出了若干建议,为我国基础件研究和生产制造、工业摩擦学界提出了建议.     

高温发汗润滑膜覆盖率预测模型的研究

本文基于高温发汗自润滑材料的特征,建立了其润滑膜的覆盖率模型.利用广义W-M函数产生的粗糙表面,讨论了摩擦表面粗糙度、环境温度及材料参数等因素对发汗润滑膜覆盖率的影响.研究表明:通过降低摩擦表面粗糙度、提高基体材料孔隙率,固体润滑剂熔浸深度和环境温度可以增加摩擦表面边界润滑膜覆盖率,改善摩擦副的摩擦学性能.研究为高温发汗自润滑材料润滑控制及其摩擦副的设计提供理论依据.     

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.     

渗硫层与FeS粉末摩擦学机理的对比研究

为了改善GCr15轴承钢在脂润滑条件下的摩擦学性能,通过2种方法将FeS固体润滑材料应用于脂润滑下轴承钢材料的摩擦过程中.通过低温离子渗硫处理在轴承钢表面制取渗硫层;将FeS材料研磨成微米粉末添加到润滑脂中.在球-盘摩擦磨损试验机上对比研究了轴承钢渗硫层和使用FeS微米粉末的摩擦学性能.研究表明:在材料表面制取渗硫层和使用FeS粉末均可有效改善轴承钢在脂润滑条件下的减摩抗磨性能.在较低转速和载荷下,轴承钢表面渗硫层的摩擦磨损性能较使用FeS粉末更好,而在高速重载的工况下,轴承钢表面在使用FeS粉末时体现出更好的抗磨性能.     

石墨烯摩擦学及石墨烯基复合润滑材料的研究进展

本综述详细介绍了二维碳纳米材料-石墨烯的纳米摩擦学性能,以及作为纳米润滑薄膜、润滑添加剂和润滑填料的研究进展.总结了石墨烯的各种纳米摩擦机理,阐述了通过自组装、多层构筑、表面化学改性等技术改善石墨烯与基底的结合性、润滑剂中的分散性,与基体材料的界面结合强度以及石墨烯提高材料减摩抗磨性能的机制,并指出石墨烯作为高性能润滑材料仍需解决的问题及未来的研究趋势.