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。     

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。     

新型人工关节仿生润滑系统设计及滑液摩擦学特性研究

通过摩擦学系统分析，指出了目前人工关节无润滑系统的结构缺陷．为解决此缺陷，提出了一种包括生物滑液、人工关节摩擦配副和仿生关节囊的新型人工仿生关节摩擦学系统结构，并对系统设计以及其改善现有人工关节系统润滑的潜在优越性进行了讨论．采用销-盘摩擦磨损试验机对影响人工关节仿生润滑系统摩擦学性能的滑液进行了模拟试验前的快速初步评价．结果表明，滑液可显著改善人工关节副的摩擦学特性，但其效果同系统条件及其结构元素有关．在研制仿生滑液和设计其摩擦学特性模拟试验方法时，必须结合这些影响因素进行设计和试验．     

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。     

四种陶瓷材料与SUS304不锈钢的高温摩擦学特性研究

为了探索陶瓷与金属组合作为高温润滑材料的可能性，利用端面摩擦磨损试验机测定了４种陶瓷ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３和ＺｒＯ２与ＳＵＳ３０４不锈钢在室温至５００℃下的摩擦学性能．摩擦试验结果表明，ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４和Ａｌ２Ｏ３在低于２００℃时的摩擦系数稳定且都低于０．２，但在２００℃以上时的摩擦性能却都不稳定，摩擦系数在０．２－０．４之间；ＺｒＯ２在２００℃以下时的摩擦性能不稳定，而在２００℃以上时的摩擦系数低于６．２且较稳定。磨损试验结果表明，在４种陶瓷中ＺｒＯ２的磨损率最低［－２．６０×１０－９ｍｍ３／（Ｎ·ｍ）］，ＳｉＣ和Ｓｉ３Ｎ４的磨损率居中［分别为１．８０×１０－６ｍｍ３／（Ｎ·ｍ）和４．４０×１０－６ｍｍ３／（Ｎ·ｍ）］，Ａｌ２Ｏ３的磨损率最高［３．６４×１０－５ｍｍ３／（Ｎ·ｍ）］；分别与这４种陶瓷对磨的不锈钢的磨损率都高［１．４０×１０－５－４．５２×１０－５ｍｍ３／（Ｎ·ｍ）］．     

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。     

陶瓷摩擦学

继陶瓷的摩擦与磨损的评述和讨论之后，从液体润滑、固体润滑、气相润滑、自润滑复合陶瓷、陶瓷表面改性和协同润滑技术几个方面，系统地讨论了陶瓷材料的润滑问题，阐明了这些润滑技术的优缺点，指出了陶瓷润滑研究中几个值得重视的发展方向。     

加注稀土元素铒改善轴承表面性能的研究

在Ｍｏ＾＋＋Ｎ＾＋注入模式的基础上，应用电子能谱、卢瑟福背散射谱、扫描电子显微镜和ＭＨＫ－５００型摩擦磨损试验机等研究了加注稀土元素铒正离子Ｅｒ＾＋对轴承表面摩擦学性能和耐蚀性能的影响。结果表明，在合理配置Ｍｏ＾＋、Ｎ＾＋、Ｅｒ＾＋之能量和剂量的情况下，加注Ｅｒ＾＋既能更好地改善轴承的表面性能，又能使重离子的强韧化效果提高２－４倍以上，表明ＭＯ＾＋＋Ｎ＾＋＋Ｅｒ＾＋注入模式是一种具有良好应用前景的     

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     

Ti对镍基高温自润滑复合材料力学和摩擦学性能的影响

本文中采用热压烧结技术制备了镍基高温自润滑复合材料,研究了镍基合金基体中添加少量Ti对复合材料力学与高温摩擦学性能的影响.研究结果显示:两者的摩擦系数整体较低,添加少量Ti后,复合材料的硬度提高,室温弯曲强度明显降低,室温压缩强度基本不变,摩擦系数总体上略有降低,抗磨性能提高.摩擦机理方面,两者基本相同.     

稀土对6063Al镍基激光熔覆层组织及摩擦磨损性能的影响

利用激光熔覆技术,在6063Al表面制备了添加有La2O3、Y2O3、Ce O2的Ni60合金熔覆层,并通过SEM、XRD、显微硬度计和摩擦磨损试验机等设备的测试分析,研究稀土氧化物对6063Al表面Ni基激光熔覆层组织结构、硬度及摩擦磨损性能的影响.结果表明:不同成分熔覆层的主要相结构均为β-Ni Al(Cr)和少量的Al3Ni、Al Ni3和Al等,但La2O3+Ni60熔覆层中含稀土化合物Al4La,Y2O3+Ni60熔覆层中出现了YAl3、Al Ni Y和Ni17Y2,Ce O2+Ni60熔覆层中检测到了Ce Ni5和Ce3Ni6Si2;添加不同稀土氧化物的Ni60熔覆层呈现细密的、均匀分布的枝晶,无明显气孔,其晶粒较不含稀土的Ni60熔覆层明显细化;加入稀土氧化物的Ni60熔覆层硬度提高HV100~300,且随着深度的增加,硬度值比未加稀土的Ni60熔覆层过渡较平缓;和Ni60熔覆层相比,添加稀土氧化物La2O3、Y2O3和Ce O2的Ni60熔覆层磨损面崩损程度减小了,具有较平整的表面磨痕形貌,磨痕深度和宽度均大幅减小,磨损量减少了一个数量级,摩擦系数也较低,其中加入La2O3和Ce O2的熔覆层磨损量最低,耐磨性最好.     

稀土元素对镍基喷焊合金层摩擦表面形成氧化物膜的影响

稀土元素能够有效地改善镍基喷焊合金层的组织，提高其耐磨性和承载能力．为了弄清稀土元素在镍基喷焊合金层中的作用机理，利用Ｘ射线光电子能谱仪、俄歇电子能谱仪和二次离子质谱仪等现代分析设备，就稀土元素对镍基喷焊合金层摩擦表面形成氧化物膜的影响进行了试验研究与分析．结果表明，添加稀土元素能够明显增大喷焊合金层摩擦表面氧化物膜的厚度，并在氧化物膜与基体之间产生富集，这对提高喷焊合金层与基体的结合强度，改善喷焊合金层的耐磨性和承载能力都有重要作用     

稀土元素对软氮化层抗冲击磨损性能的影响

作者利用La和Ce加特定溶剂对7Cr_7Mo_3V_2Si和4Cr_3Mo_3(?)两种模具钢进行了常规软氮化和稀土软氮化处理,冲击磨损试验结果证明,稀土软氮化层的冲击韧性和抗冲击磨损性能都比常规软氮化层的好。稀土软氮化处理的自行车螺钉热镦模具的使用寿命分别为常规软氮化和未经表面处理的两倍和4倍以上。通过扫描电子显微镜对冲击磨损表面形貌的观察发现,常规软氮化层发生了大块磨屑剥落,而稀土软氮化层发生的是小层片状磨屑剥离,并就软氮化层的冲击磨损机理进行了探讨。     

稀土对等离子喷涂镍—碳化钛陶瓷涂层摩擦学性能的影响

用销盘摩擦磨损试验机模拟齿面的相对滑动,经测定摩擦系数和上下试样的磨损体积损失、涂层的金相分析,磨痕形貌及成分的扫描微镜观察及分析,研究硅铁稀土混合物对高能等离子喷涂金属陶瓷涂层摩擦学特性的影响,试验结果表明：添加稀土使涂层致密性提高,摩擦系数有所降低,上下试样的磨损体积损失分别减小３３％和７４％,摩擦副表面温升降低,表明添加稀土有且于在涂层表面形成连续的氧化膜,从而防止胶合并提高耐磨性。     

稀土提高铁基自熔合金喷焊层耐磨性的效果与机理

随着表面技术的发展，稀土元素在表面工程中的应用日益受到人们的广泛重视。为了充分发挥我国稀土资源丰富的优势，不断地开拓其新的应用领域，在铁基自熔合金粉末中添加不同量的混合稀土硅铁合金，采用火焰喷焊技术获得涂层，通过摩擦磨损试验和精细的扫描和透射电子显微镜分析，深入地研究了稀土元素对铁基自熔合金涂层组织结构与耐磨性的影响，以及稀土元素的分布与存在形式，同时还对其作用机理进行了初步分析，研究结果表明，添加适量的稀土元素可以明显地提高喷焊合金层的耐磨性和承载能力；稀土元素能够细化喷焊合金层的组织，形成ＬａＢ６相的沉淀折出而强化基体，并能净化晶界，减少硫在晶界上的偏聚。     

稀土铈对镍－铜－磷／二硫化钼电刷镀层摩擦学特性的影响

ＭｏＳ２是性能优良的常用固体润滑剂，但其在大气特别是在潮湿大气中容易受到氧化而使性能变差．通过对添加和未添加稀土元素Ｃｅ的Ｎｉ－Ｃｕ－Ｐ／ＭｏＳ２电刷镀层的对比试验研究，就这种元素改善镀层的摩擦学性能及其提高ＭｏＳ２抗潮湿大气腐蚀的作用进行了考察，并且用扫描电子显微镜、Ｘ射线光电子能谱仪和俄歇电子能谱仪等，对镀层的显微组织和ＭｏＳ２的元素价态等进行了分析．结果表明，未添加稀土元素Ｃｅ的镀层中的ＭｏＳ２容易氧化，Ｍｏ４＋和Ｓ２－分别被氧化成Ｍｏ６＋和Ｓ６＋，而添加稀土的镀层中的ＭｏＳ２仍以其原有的形式存在，而且镀层的显微组织明显比无稀土镀层的细而致密，同时稀土Ｃｅ４＋在电刷镀过程中通过还原反应产生电沉积，这有助于它在ＭｏＳ２表面优先沉积而起改性作用．因此，含稀土Ｃｅ４＋的Ｎｉ－Ｃｕ－Ｐ／ＭｏＳ２镀层的摩擦学性能比无稀土镀层的好，前者的耐磨寿命比后者的约高５倍     

活塞与活塞环表面稀土自润滑摩擦学改性研究

采用稀土自润滑表面处理技术对桑塔纳 JV汽油发动机活塞与活塞环表面进行处理 ,并对原机进行活塞与汽缸、活塞环端口的超小间隙改造 (配缸间隙 - 5～ 2μm,活塞环开口 15 0μm ) ,通过台架试验对超小间隙发动机抗拉缸性能和摩擦功耗进行了考察 ;通过原子力显微镜对活塞表面的微观形貌和摩擦力进行了测试 .结果表明 :经稀土自润滑处理后活塞与活塞环表面产生大量孔穴和大量直径为 6 0～ 12 0 nm的球形聚集物 ,该特征表面明显增强了活塞与活塞环的抗拉缸性能 ,降低了自润滑表面的摩擦力 ,起到了良好的摩擦学改性作用     

稀土改性对碳纤维增强聚酰亚胺复合材料在不同温度下摩擦学性能的影响

采用CSEM THT07-135高温摩擦试验机,研究了不同温度下碳纤维增强聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损行为,重点考察了稀土改性对复合材料摩擦学性能的影响.结果表明;稀土改性处理可以提高复合材料在测试温度范围内的减摩耐磨性能.通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)对纤维改性前后的形貌进行分析,发现稀土溶液对纤维表面具有一定的刻蚀作用,进而提高了其比表面积;通过XPS测试分析,发现改性后的碳纤维表面的O、N含量增加,从而提高了纤维表面的极性,最终提高了纤维与树脂间的界面结合强度和材料的耐磨性能.     

稀土金属Y对真空熔结Ni基涂层显微组织和耐磨性的影响

研究了稀土金属Y对真空熔结Ni基合金涂层显微组织及化学组成、硬度和耐磨性的影响.结果表明:稀土金属Y可以改善真空熔结Ni基合金涂层的显微组织,阻碍针状相的析出,细化球状相,减轻碳钢母材中Fe对Ni基合金涂层的"稀释"作用,降低Ni60涂层中Fe的含量,提高Ni、Cr元素的含量;与此同时,稀土金属Y可明显提高Ni60涂层的硬度和耐磨性,降低摩擦系数,使Ni60涂层由微观犁沟和微观断裂剥落磨损形式转变为单一的微观犁沟磨损.     

稀土催化低温熔融渗硫层的摩擦学性能研究

采用稀土催化低温熔融渗硫新工艺在Crl2钢和45^#钢表面获得一定厚度的渗硫层，用X射线衍射仪分析了渗硫层结构；在环-块摩擦磨损试验机上测定了干摩擦条件下渗硫层的摩擦学性能，并利用扫描电子显微镜研究了渗硫层及其磨痕表面形貌．结果表明：渗硫层呈多孔结构，由FeS、FeS2相和基体相组成；渗硫层具有明显的减摩作用，渗硫层的摩擦系数仅为相应无渗层材料的30％左右，其减摩作用同基体硬度及渗层厚度有关．与此同时，渗硫层在一定程度上提高了材料表面的耐磨性；而在相同试验条件下，Crl2钢表面渗硫层的减摩及耐磨性能优于45^#钢表面渗硫层．