摩擦学的三个公理

讨论了摩擦学发展中存在的问题,指出作为一门非常重要的应用基础学科,摩擦学在继承摩擦、磨损和润滑几千年来积累起来的理论成果和应用成果的基础上,没有建立与摩擦、磨损和润滑相比有所发展且与自身的定义和性质相适应并可以支持自身独立发展的理论体系和方法体系,提出摩擦学中存在3个基本公理：即第一公理——摩擦学行为是系统依赖的;第二公理——摩擦学元素的特性是时间依赖的;第三公理——摩擦学行为是多个学科行为之间强耦合的结果,由这些公理可以推导出一系列定理和相应的系,同时还讨论了用系统的状态方程和输出方程描述含有摩擦副的系统的特性的方法,并给出了应用举例。     

CrN和CrAlN涂层海水环境摩擦学性能研究

采用多弧离子镀在316L不锈钢上沉积CrN和CrAlN涂层.采用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描型电子显微镜(SEM)表征涂层的成分和结构,并用纳米压痕和划痕仪测试其硬度和结合力.采用UMT-3往复式摩擦磨损试验机对涂层在海水环境中的摩擦磨损性能进行测试.结果表明:CrN和CrAlN涂层在海水中摩擦系数相差不大,而316L摩擦系数明显大于涂层,且摩擦系数震荡剧烈,表明316L在海水中润滑性较差.涂层在海水中磨损率远小于316L,且CrAlN涂层比CrN涂层在海水环境中具有更优的耐磨性.CrN涂层的磨痕表面出现大量剥落坑,这是由于CrN涂层表面的大颗粒剥落形成的.而CrAlN涂层致密的结构、较为优越的耐蚀性以及摩擦时产生的具有自润滑效果的Al2O3保护层,使其在硬度值较低的情况下仍具有优异的耐磨性.因此海水环境中摩擦性能需综合考虑材料的机械性能、结构、耐蚀性以及耐磨性.     

陶瓷摩擦学研究的发展现状

本文综述了陶瓷摩擦学研究的发展现状,从干摩擦和润滑两个方面总结了氧化物陶瓷(Al_2O_3、ZrO_2)和非氧化物陶瓷(Si_3N_4、SiC)的摩擦磨损性能、磨损机理以及影响摩擦磨损性能的若干因素,并且提出了今后需要重点研究的几个课题。     

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     

关于我国摩擦学发展方向的探讨

通过总结进入新千年以来召开的3次重要国际摩擦学学术会议上发表论文情况,分析了摩擦学发展的现状,指出当今国际摩擦学界研究的主题仍是摩擦、磨损与润滑,而且绝大多数研究都紧密结合工业应用,而表面工程、微观和纳米摩擦学、磁记录系统、生物摩擦学和生态/环境摩擦学等几个领域更加受到关注,在上述分析的基础上,提出了我国摩擦学发展的3个主要方向。     

锡基巴氏合金磨损表面的分形与磨损率

利用结构函数分析法研究了滑动摩擦学系统中金属磨损表面轮廓线的分形特性。结果表明：磨损表面轮廓线在小于Ｓｍ的尺度上具有分形结构。采用结构函数法可以方便地确定粗糙表面轮廓线的分形参数，即垂直于滑动方向上磨损表面轮廓线的分维Ｄ可作为磨损表面分维的特征值，它与金属磨损率的变化有着密切的关系，最佳分维Ｄｏｐｔ值对应于材料的最低磨损率。     

偏压对CrN涂层结构与海水环境摩擦学行为的影响

利用多弧离子镀技术在M2高速钢和p(100)单晶硅片上用不同偏压条件分别制备了4种CrN涂层,考察了涂层的显微结构、力学性能、海水环境中的电化学特性与摩擦学行为,分析了涂层的裂纹形貌与断裂机制.结果显示:交替偏压下制备的多层CrN涂层内部结构致密且硬度与择优取向梯度变化,具有高的膜基结合力(Lc大于150 N),较小的平均晶粒尺寸(70 nm),较高的自腐蚀电位(-0.234 V)和较低的自腐蚀电流(3.052×10-8A).在海水环境中与直径为3 mm的YG-6(94%WC+6%Co)硬质合金球配副,Hertzian接触应力达到3.47 GPa时,平均摩擦系数低于0.15,磨损率低于1.26×10-15m3/(Nm),磨痕内没有明显的涂层崩裂失效,耐磨损性能明显优于其余3种CrN涂层.     

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.     

热氧化改性TC4合金在液体润滑条件下的摩擦学行为研究

应用热氧化表面处理技术,在TC4表面制备了金红石型的TiO_2氧化膜.考察了热氧化改性TC4合金分别在去离子水和PAO10润滑条件下的摩擦学特性,并通过磨损表面分析讨论了其在不同条件下的减摩抗磨机理.结果表明:经过热氧化改性的TC4合金,无论在PAO10润滑条件还是去离子水润滑条件下,都表现出优异的摩擦学性能.相较于未处理的TC4表面,改性TC4合金在PAO10和去离子水润滑条件下磨损率分别下降了99%(50 N,5 cm/s)和98%(10 N,9 cm/s).     

炭纤维增强聚四氟乙烯复合材料在干摩擦和水润滑条件下的摩擦学行为对比研究

对比考察了炭纤维增强聚四氟乙烯(PTFE)复合材料在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能，并探讨了其磨损机理。结果表明：在水润滑条件下，纤维增强PTFE复合材料的摩擦系数和磨损率均明显比干摩擦下的低，水起到了润滑和冷却作用；复合材料磨损表面可见明显的裸露纤维及纤维局部磨平，无明显微观裂纹，基体和纤维结合较好，磨损表面存在转移自偶件的铁，表现出犁削磨损特征；在干摩擦下，复合材料磨损表面存在大量的微观断裂裂纹，纤维发生断裂和破碎，表现出疲劳磨损特征。     

金属氧化物填充聚四氟乙烯复合材料在水润滑条件下的摩擦学性能研究

在MM-200型摩擦磨损试验机上研究了金属氧化物填充聚四氟乙烯在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能.结果表明:在水润滑下各复合材料的摩擦系数都较在干摩擦下的有不同程度地降低,而磨损不同程度地加剧;水润滑下金属氧化物填充使PTFE的摩擦系数增大,填充Al2O3、ZnO及CdO等均使PTFE的磨损率大幅增大,这是因为填料容易吸水,导致填料与基体脱粘,使材料表面的机械强度降低,从而使磨损率大幅增大.     

青铜—石墨复合材料在干摩擦和水润滑下的摩擦磨损性能及磨损机理研究

对比考察了青铜 -石墨复合材料在水润滑和干摩擦两种状态下的摩擦磨损性能及磨损机理 .结果表明 :水润滑下青铜 -石墨复合材料的磨损率明显比干摩擦下的小 ,其最小磨损率为 1.0 1× 10 -6mm3 /N·m ,而摩擦系数比干摩擦下的大 ,复合材料在干摩擦下的磨损机理主要为粘着磨损、剥层磨损和犁削 ,磨损较严重 ;而在水润滑下 ,复合材料的磨损机理主要为磨粒磨损和疲劳磨损 ,磨损较小 .这是因为水有利于降低摩擦副接触表面的温度 ,有效地抑制了基体青铜的转移 ;同时水促进了不锈钢偶件的氧化 ,形成薄而致密氧化膜 ,从而降低了磨损     

氧化锆陶瓷/碳纤增强聚醚醚酮在水润滑下的摩擦磨损特性研究

在材料端面摩擦试验机上对氧化锆陶瓷与碳纤增强聚醚醚酮(CFRPEEK)配副在水润滑条件下的摩擦磨损特性进行了试验研究,探讨了滑动速度和接触压力对材料摩擦磨损的影响规律.发现氧化锆陶瓷与CFRPEEK配副在水润滑条件下的摩擦系数随速度增加而减小,在速度较低时,存在明显的磨合过程;速度较高时,摩擦系数较小且随滑动过程变化很小,CFRPEEK的磨损率随速度变化不大.压力为0.4和0.5 MPa时,CFRPEEK的摩擦系数和磨损率均较小,但当压力达到0.8 MPa时,摩擦系数显著增加且剧烈振荡,并发生严重磨损.CFRPEEK的磨损机理主要是黏着磨损,氧化锆陶瓷磨损的主要机理是应力引起的点蚀.     

润滑条件下金刚石薄膜及石墨／金刚石复合薄膜的摩擦学性能

利用SRV摩擦磨损试验机对比考察了液体石蜡润滑时硬质合金基体上金刚石薄膜和石墨 /金刚石复合薄膜的摩擦学性能 ,采用扫描电子显微镜对试样和磨痕表面形貌进行了观察分析 ,并进而探讨了磨损机理 .结果表明 ,在润滑条件下 ,石墨 /金刚石复合薄膜的摩擦系数和磨损体积损失均较金刚石薄膜的小 ,金刚石薄膜和石墨 /金刚石复合薄膜的主要磨损机理均为亚微断裂磨损 ,而石墨膜可以有效地减轻亚微断裂磨损     

荷电植物润滑油的摩擦学性能研究

采用表面活性剂十二烷基苯磺酸钠对LB-2000植物润滑油进行改性,获得了适用于静电喷雾润滑的植物润滑油.用傅立叶变换红外光谱仪表征了荷电前后润滑油的分子结构,分析了其荷电及理化性能.在四球摩擦磨损试验机上考察了静电喷雾润滑条件下润滑油的摩擦学性能,用光学显微镜和X射线光电子能谱仪对钢球磨斑表面和下试盘进行了表征.结果表明:荷电后润滑油分子极性增大,黏度、接触角、表面张力减小,电晕电场产生活性粒子O3、O加速新生表面氧化;在摩擦界面,吸附膜和金属氧化膜共同作用,促进润滑膜的形成,使荷电植物润滑油具有良好的减摩抗磨性能.     

填充聚醚醚酮复合材料在水润滑下的摩擦学特性研究

研究了水润滑下炭纤维、石墨及聚四氟乙烯填充聚醚醚酮复合材料与不锈钢对摩时的摩擦磨损性能，利用扫描电子显微镜观察分析了磨损表面和磨屑形貌，利用X射线能量色散谱仪分析了磨损表面的元素组成．结果表明：炭纤维含量对摩擦副的摩擦系数影响不大，磨损率随着炭纤维含量的增加而减小；随着载荷增大，摩擦系数先降低而后升高，当载荷较小时，填充聚醚醚酮复合材料的磨损率随载荷增大而缓慢增加，当载荷超过一定值后，磨损率急剧增加；填充聚醚醚酮复合材料在较低载荷下主要呈现疲劳磨损特征，在较高载荷下主要呈现微切削特征．     

边界润滑条件下丁腈橡胶—金属磨损机理的研究

对矿物油润滑下丁腈橡胶－金属的磨损机理进行了研究。用扫描电子显微镜和Ｘ射线光电子能谱仪分析了橡胶及金属磨损表面形貌及其元素化学状态的变化，用傅里叶变换红外光谱仪分析了橡胶表面官能团的变化。结果表明：丁腈橡胶在应力集中处发生分子链断裂，形成高活性大分子自由基，大分子自由基与活化的金属发生力化学反应，生成金属－聚合物膜；同时，矿物油在金属表面还产生物理吸附和化学吸附膜。其与金属－聚合物膜在剪切力或磨屑     

火焰喷涂聚苯硫醚(PPS)复合涂层在水环境中的摩擦磨损性能研究

利用火焰喷涂技术在45#钢表面制备了炭纤维增强聚苯硫醚复合涂层并研究了其结构和力学性能,采用MM-200型摩擦磨损试验机对比考察了复合涂层同不锈钢对摩时在干摩擦与水环境中的摩擦磨损性能,并对涂层及偶件磨损表面形貌进行观察分析,采用X射线光电子能谱仪分析了偶件磨损表面典型元素的化学状态,探讨了涂层在水环境中的抗磨机理.结果表明:用火焰喷涂工艺制备聚苯硫醚复合涂层的过程中,聚苯硫醚粉末未发生明显降解与氧化;炭纤维含量影响复合涂层的粗糙度、显微硬度及与底材的结合强度;在水环境中炭纤维增强聚苯硫醚涂层表现出比聚苯硫醚涂层更优良的抗磨性能,这是由于水的冷却与冲刷作用使得复合涂层向偶件磨损表面的粘着转移明显减轻的缘故.     

海水环境中环氧值对环氧树脂涂层摩擦学性能的影响研究

环氧树脂是一类具有优异的粘接、耐腐蚀和电气绝缘等性能的高强度热固性高分子材料,在黏结剂、防腐涂料和复合材料方面展现出广阔的应用前景,其摩擦学行为与环氧值密切相关.本研究中采用线棒涂布器在铸铁表面分别制备了3种具有不同环氧值的环氧树脂涂层.借助傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、扫描电镜(SEM)、纳米压痕仪、热重/差热综合热分析仪(TG/DTA)、UMT-3摩擦磨损试验机和表面轮廓仪研究了涂层的结构、硬度、耐热性及摩擦学性能.研究结果表明:涂层在干燥条件和海水环境中的摩擦系数和磨损率均随环氧值的增大而升高;海水环境中涂层的摩擦系数和磨损率均较干燥条件下低.涂层的磨损机理在干燥条件下包括了疲劳磨损、黏着磨损和磨粒磨损,而在海水中仅为疲劳磨损.本研究成果为高性能防腐耐磨涂层的设计与应用提供理论指导.     

水深对POM摩擦学性能的影响

本文中以聚甲醛(POM)作为摩擦副材料,与不锈钢(0Cr17Ni12Mo2)配对,研究了POM在0~300 m不同模拟水深(去离子水)中的摩擦磨损性能,并与大气压下干摩擦进行对比,试验目的主要是探寻水深变化引起的水环境压力变化对POM材料摩擦磨损性能的单因素影响.采用白光共焦三维轮廓仪与扫描电子显微镜对试验前后的表面形貌进行测量与分析.结果表明:模拟水深对POM磨损深度及POM/0Cr17Ni12Mo2摩擦副的摩擦系数有较大影响,且有明显规律;在0~300 m模拟水深(去离子水)范围内,随着模拟水深深度的加大,POM的磨损深度和POM/0Cr17Ni12Mo2摩擦副的摩擦系数均有所减少;模拟水深对试样摩擦后的表面粗糙度无明显影响;对主导的磨损机理无明显影响.