类金刚石碳膜的摩擦学特性及其研究进展

从类金刚石碳膜作为耐磨涂层的角度出发,综述了近年来国际上关于类金刚石碳膜摩擦学特性的大量研究,着重讨论了影响类金刚石碳膜摩擦学特性的主要工艺参数和因素,阐明了类金刚石碳膜与金刚石膜在性能上的差异,指出了类金刚石碳膜的发展现状和趋势。     

纳米复相陶瓷及其摩擦学研究进展

介绍了纳米复相陶瓷的结构和分类、制备方法和力学性能以及纳米复相陶瓷的强韧化机理,评述了纳米复相陶瓷的摩擦学研究进展,分析了影响纳米复相陶瓷摩擦磨损性能的主要因素,指出当前纳米复相陶瓷摩擦学研究领域存在的问题及有待于研究的课题.     

柴油发动机碳烟的表征及摩擦学特性研究

收集柴油发动机尾气碳烟,借助扫描电子电镜/能谱仪、高分辨率透射电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光普仪、X射线光电子能谱仪分析了碳烟颗粒的形貌、结构及表面官能团,采用SRV IV摩擦磨损试验机考擦了碳烟对柴油机油摩擦学特性的影响.结果表明:碳烟颗粒由C、O两种元素构成,平均粒径为34 nm,外壳包裹着十几层石墨片层的洋葱头结构.碳烟质量分数在3%以内可以改善柴油机油减摩性能,对其抗磨性影响小;当碳烟质量分数超过3%时会引起摩擦系数升高和磨损加剧.分析其原因,一方面碳烟颗粒特殊洋葱头结构使其进入摩擦界面后随摩擦副的往复运动而滚动,起到滚动轴承的作用,从而使摩擦系数降低;另一方面当碳烟含量过高时,碳烟会破坏润滑油膜,阻碍润滑油进入摩擦界面,导致磨损加剧,摩擦系数升高.     

自然环境条件下轮轨接触黏着特性研究进展

轮轨黏着是铁路运输中的关键基础性科学问题之一,而轮轨接触界面良好的黏着状态是列车安全和高品质运行的根本保障. 轮轨系统作为1个开放的系统,受到各种自然环境因素的影响,如湿度、温度、水、风沙甚至铁氧化物,而所有的这些环境因素都会影响轮轨接触界面的黏着状态和损伤行为. 本文中综述了水、湿度、温度和风沙等自然环境因素对轮轨黏着特性影响规律的研究进展,分析了自然环境因素下轮轨界面铁氧化物特征,重点探讨了自然环境因素对铁氧化物形成的影响及其对轮轨接触黏着特性的影响规律和作用机理,并提出了轮轨黏着的未来研究方向.      

含硫镍合金的研制及其高温摩擦学特性

采用粉末冶金工艺和中频励磁感应加热高温快速热压成型法，研制出几种含硫和不含硫的镍合金高温自润滑耐磨材料，进而从中筛选出一种在室温和３００℃乃至６００℃都具有较高机械强度和低摩擦、耐磨损的含活性元素Ｓ的多元镍合金．对这种合金在较高速度和较高负荷条件下的摩擦学性能进行了试验研究，并且利用Ｘ射线衍射仪、Ｘ射线光电子能谱仪和Ｘ射线能量色散谱仪等揭示了这种合金的自润滑机理．结果表明：这种含硫镍合金在室温和３００℃下与ＷＣ－Ｎｉ－Ｃｏ－Ｍｏ－ＰｂＯ金属陶瓷对摩时，起润滑作用的主要是ＭｏＳ２和元素Ｃｒ与Ｓ的不定比化合物所形成的复合膜；在５００～６００℃的高温摩擦过程中，起润滑作用的主要是由不定比化合物ＣｒｘＳｙ与偶件转移物ＰｂＷＯ４及ＭｏＯ３和ＮｉＯ组成的复合膜     

金属掺杂高硬度类石墨薄膜结构及其摩擦学性能研究

利用磁控溅射技术制备了不同金属(Ti、Cr、Zr)掺杂类石墨（graphite-like carbon, GLC）薄膜,考察了金属掺杂对薄膜结构及其在不同环境下摩擦学性能的影响。结果表明：Ti、Cr、Zr掺杂促进了GLC膜中sp2结构的增加,但过快的金属共沉积速率易使薄膜出现柱状生长取向而变得疏松粗糙;高硬GLC膜在大气及水环境中具有良好的环境自适应减摩抗磨作用特性,适当的金属掺杂可以提高GLC膜硬度并降低其干摩擦系数,但会使其水环境中摩擦系数升高;致密度和硬度对GLC膜耐磨性至关重要,致密而硬的膜层磨损轻微。     

人工膝关节模拟试验机及其生物摩擦学性能评价研究进展

人工膝关节生物摩擦学模拟试验是在设计和制造阶段评价人工膝关节假体的主要方法.本文介绍了球面接触型、假体力和运动直接控制型及膝关节肌肉力重建型3类人工膝关节模拟试验机及其对应生物摩擦学研究现状,讨论了3类人工膝关节生物摩擦学试验的要求和特点,详细说明了现有人工膝关节生物摩擦学试验和测试标准,指出今后还需增加动物活体试验方式,扩大模拟人体运动测量范围,并应加强多因素同时作用下人工膝关节磨损机理研究,制定统一的人工膝关节生物摩擦学试验标准.     

生物质燃油碳烟的组成和结构以及摩擦学特性研究

用自制碳烟捕集装置收集了生物质燃油碳烟(Bio-fuel soot,简称BS),采用四球摩擦磨损试验机考察了BS对液体石蜡(Liquid paraffin,简称LP)摩擦学特性的影响,借助扫描电镜/能谱仪、X射线光电子能谱仪、高分辨透射电镜、X射线衍射仪等分析了BS的组成、结构及摩擦学作用机理.结果表明:BS由平均粒径约40 nm的球形颗粒组成链状团聚体,主要成分为无定型碳和氧,并含少量石墨烯微晶,且其氧含量高于柴油碳烟.随着BS在LP中添加质量百分数的增大,最大无卡咬负荷先增大后减小,钢球平均磨斑直径呈线性增大,而平均摩擦系数先稍有减小后趋于增大.就摩擦学作用机理而言,一方面,BS中的含氧官能团使BS在摩擦过程中易于吸附到摩擦表面,影响边界润滑膜的作用;另一方面,BS引起磨粒磨损和腐蚀磨损,使得摩擦表面的金属氧化膜在摩擦过程中易脱落成磨粒,从而加剧磨损.     

薄膜/涂层的摩擦学设计及其研究进展

介绍了近年来有机分子自组装薄膜(SAMs)、物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)类金刚石薄膜(DLC)、液相法制备类金刚石薄膜、功能梯度薄膜以及绿色环保电化学沉积镀层的制备及其摩擦学研究进展,讨论了薄膜/涂层的制备方法和影响薄膜/涂层结构及其摩擦学性能的各种因素,评述了几种具代表性的薄膜/涂层摩擦磨损机理,分析并指出了SAMs、DLC、梯度薄膜和电镀镀层的摩擦学研究方向.     

新型无硫磷含氮杂环化合物的制备及其摩擦学特性

合成了一种新型不含硫、磷的氮杂环化合物润滑油添加剂,二[(喹唑啉-4-酮)-N-亚甲基]正十二胺(DQMD),考察了其热稳定性和抗腐蚀性能,通过四球试验机和万能摩擦磨损试验机评价了其在液体石蜡中的摩擦磨损性能,并采用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)观察分析了磨损表面形貌及典型元素的化学状态.结果表明:所合成的添加剂具有良好的热稳定性、抗腐蚀性能和极压抗磨减摩性能.这归因于含添加剂的液体石蜡在摩擦过程中发生摩擦化学反应并生成由氧化亚铁/氧化铁、有机氮化物和含氮金属配合物等组成的混合边界润滑膜.     

无机类富勒烯过渡金属硫化物纳米材料的合成及其摩擦学应用研究进展

评述了无机类富勒烯（IF）与过渡金属硫化物（WS2和MoS2等）纳米材料的合成技术及其摩擦学应用研究的最新进展，外型为球形或近似于球形并具有嵌套中空结构的IF－WS2和IF－MoS2纳米果粒具有潜在的摩擦学应用前景；对含有IF－WS2纳米颗粒的复合材料和Ni-P复合镀层的研究表明，其比含有石墨和层状2H－WS2粉末的固体润滑剂具有更优异的摩擦学性能。     

摩擦学白层的研究现状

综述了摩擦学领域的白层研究现旨出了当层（特别是微动白层）研究中存在的分歧和急论,分析归纳不同摩擦磨损条件下白层的形成条件和基本特征,重点讨论了白层的形成机制,提出了今后研究的方向。     

DMTD在Ti-DLC自配副摩擦界面的吸附及摩擦学行为的研究

采用非平衡磁控溅射技术制备了Ti掺杂的类金刚石(Ti-DLC)薄膜,用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分别对薄膜结构和断面致密度进行了分析.用球盘式往复摩擦试验机考察了薄膜与以聚a-烯烃(PAO)为基础油,2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑(DMTD)衍生物作为添加剂复合后的摩擦学性能,同时采用X射线光电子能谱(XPS)对摩擦后的磨痕进行元素分析,并进行动力学计算.结果表明:添加剂分子DMTD分子以巯基S作为吸附点吸附在摩擦界面,扩散是吸附的控制因素,吸附过程跟表面的覆盖度无关,符合Langmuir吸附模型.最后讨论了液体添加剂分子在DLC表面的吸附过程和气体分子吸附过程不同的可能原因.     

海洋结构物摩擦学问题的研究进展

海洋结构物主要包括海上钻井平台、油气开采平台、FPSO、海底输油管线及海上大型储油罐等大型海上结构物.海洋结构物总是处于波浪、海流、风暴、海冰等严峻海洋环境中,并受到海生物污损、海洋腐蚀、磨损等多方面因素相互作用的影响,摩擦学问题无处不在.论文针对海洋平台结构、流体处理及运输设备、定位设备及作业设备四方面的摩擦学问题进行论述,主要介绍了海洋平台结构、管道系统及海水泵、锚链及螺旋桨、钻井套管及电潜泵等海工设备的工作特点,概述了国内外关于这类海工设备的摩擦学问题的研究现状,并对海洋结构物的摩擦学研究重点进行了展望.     

YL12铝合金铁离子注入层的摩擦学特性研究

对 YL12铝合金进行了铁离子注入 ,用俄歇电子能谱 (AES)分析了注入层剖面元素分布 ,同时考察了注入层的表面显微硬度、脆性和在干摩擦条件下的摩擦磨损特性 .采用扫描电子显微镜 (SEM)对磨痕表面形貌进行了观察分析 .研究结果表明 :铁离子在注入层中沿剖面呈高斯分布 ;注入层表面显微硬度有所增加 ,摩擦系数显著降低 ;当注入剂量为 7× 10 1 6 Fe / cm2 时 ,注入试样的耐磨性为未注入试样的 3 80 0倍 ;随着铁离子注入剂量的增大试样的表面脆性增加 ,耐磨性降低 ;注入前材料的磨损机制以粘着磨损和磨粒磨损为主 ,注入后磨损机制则以氧化磨损为主     

钛合金表面改性层的摩擦学性能

对生物医学钛合金表面进行不同的表面改性处理，用静动摩擦系数测定仪评价了改性层的摩擦学性能．结果表明：氢氧化钠溶液处理后的钻合金表面生成了较厚的TiO2层，改性层的摩擦系数显著降低，抗磨性能较好；钛合金表面TiO2溶胶—凝胶涂层在较高载荷(3N)下的抗磨性较差，而在较低载荷(1N)下的抗磨性能较好；热氧化处理后的钛合金表面在较高及较低载荷下的抗磨性都较差．钛合金表面的TiO2溶胶—凝胶涂层在较高载荷(3N)下的抗磨性能较差，这主要是因为TiO2溶胶—凝胶涂层涂覆Ti合金表面存在Al2O3所致．     

SiC和石墨混杂增强铜基复合材料的高温摩擦磨损特性研究

采用MMU-5G型端面摩擦磨损试验机研究了SiC和石墨颗粒混杂增强铜基复合材料在250～400 ℃与GCr15钢对摩时的高温摩擦磨损特性,并与SiC/Cu复合材料进行对比分析.结果表明:加入石墨颗粒可以降低复合材料和偶件GCr15钢的磨损率,获得低而稳定的摩擦系数;同时,有效防止高温条件下严重粘着转移现象的发生,使得在400 ℃下混杂复合材料仍具有较低的磨损率.这是由于在混杂增强铜基复合材料的高温磨损表面上通过"磨屑机械混合→热压"的机制形成了连续的富石墨机械混合层,而对磨损表面起到良好的固体润滑作用,使得SiC和石墨混杂增强铜基复合材料具有良好的高温摩擦磨损特性.     

小腿残肢与接受腔界面的摩擦行为分析及测试

利用断层扫描数据,图像处理和反求技术建立了骨骼、软组织以及假肢接受腔的三维有限元模型,分别施加Heel Strike、Foot Flat、Mid-Stance、Heel Off和Toe Off五个典型步态时相的载荷,计算残肢皮肤在一个步态周期内的应力、滑移量变化,确定最大临界参数;借助UMT-II多功能摩擦磨损试验机模拟残肢皮肤和接受腔摩擦界面,研究皮肤在步态周期临界参数下的摩擦行为变化.有限元结果表明:一个步态周期内五个典型时相,软组织表面最大正应力和剪切力均发生在髌韧带处,在Heel off步态时相,最大临界正应力为384.3 k Pa,剪应力为102.1 k Pa;随着正压力的减小,摩擦力减小,摩擦系数增大;当正应力下降到39.5 k Pa临界值时,接触面发生相对滑动,摩擦系数达到最大值.摩擦学试验结果表明:法向载荷分别为17 N和7 N时,残肢皮肤均处于黏着状态;皮肤弹性变形越大,黏着程度越大.     

氩气等离子体聚合大豆油的合成及摩擦学性能研究

利用氩气等离子体降低大豆油(SO)中不饱和C=C双键的含量,得到高黏度的聚合油PAR2.采用凝胶渗透色谱仪分析了PAR2的分子量分布;采用四球摩擦磨损试验机考察了PAR2及同黏度级别的光亮油175BS的摩擦学性能;采用X射线光电子能谱仪分析了钢球摩擦表面元素的化学成分及状态.结果表明:氩气等离子体处理使得PAR2在40℃下的黏度由33.8 cSt增加到956 cSt;与175BS相比,PAR2表现出更为优良的黏温及低温流动性能.与此同时,PAR2中的聚合物主要由SO的二聚物及高分子量的齐聚物组成,其数均分子量M n分别达到2 735和5 434.此外,PAR2的承载能力以及减摩抗磨性能优于175BS;这是由于PAR2在金属表面形成的由羧酸铁组成的边界润滑膜与高价氧化铁膜共同作用,从而有效地减轻金属表面的摩擦与磨损所致.