创新润滑材料，服务国家需求——固体润滑国家重点实验室发展历程

中国科学院兰州化学物理研究所从事润滑材料研究最早可以追溯到20世纪50年代,当时主要是在中国科学院石油研究所(大连)开展润滑油和润滑脂的研究.1958年,为了促进我国石油工业的发展以及满足"两弹一星"对特殊润滑材料的需求,中国科学院石油研究所的润滑、催化以及分析化学3个研究室由大连迁至兰州成立了中国科学院石油研究所兰州分所,1962年更名为中国科学院兰州化学物理研究所,并继续开展特种润滑油和润滑脂的研究.     

Freeze-fracture transmission electron microscopy studies on the self-assemblies of amphiphilic solutions

Self-assemblies of amphiphiles in solutions were investigated by using freeze-fracture transmission electron microscopy (FF-TEM). Especially, vesicles were characterized by FF-TEM and the transition of self-assemblies was determined. The stacked lamellar La-phase was prepared without shear forces by a chemical reaction. The stacked lamellar La-phase can be transformed into multilamellar vesicles by the shearing forces that occur when the stacked lamellar La-phase sample is turned upside down a few times. The multilamellar vesicles can also be transformed into unilamellar vesicles by high shearing forces. These transitions were demonstrated by FF-TEM measurements. 2n2+-induced vesicle formation in the single-chain surfactant solutions was first achieved.     

高速车削300M超高强度钢时的Al2O3 基陶瓷刀具磨损机理研究

使用Al2O3基陶瓷刀具对300M超高强度钢进行了干切削试验,采用电子扫描显微镜（SEM）观察刀具的磨损形貌,并通过能谱分析仪（EDS）测量了陶瓷刀具磨损微区的各元素含量,分析了陶瓷刀具的主要磨损机理.结果表明：陶瓷刀具磨损的主要机理为粘结磨损、磨粒磨损和氧化磨损.粘结磨损主要发生在前刀面上,且受刀具材料和工件材料接触点应力状态的影响.刀具前、后刀面的磨损边缘区易发生氧化磨损.     

多烷基环戊烷对钢/钢摩擦副的润滑性能研究

合成了系列多烷基环戊烷,采用傅立叶变换红外光谱仪和核磁共振谱仪进行表征,确定为目标化合物,并测定产物的黏度、倾点和密度.将多烷基环戊烷用作润滑剂,在SRV摩擦磨损试验机上评价对钢/钢摩擦副的润滑作用,并利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱仪（XPS）分析钢块磨损表面形貌及化学状态.结果表明：多烷基环戊烷作为润滑剂对钢/钢摩擦副具有良好的减摩抗磨性能,其摩擦学性能受取代基的影响;取代基碳链越长,减摩效果越好;XPS结果显示低载荷时,MACs在摩擦副表面形成较为牢固的物理吸附膜,起到减摩抗磨的作用;随着载荷的增大,MACs借助于含Fe2O3和摩擦聚合物等的边界润滑膜来保护材料表面.     

二烷基二硫代磷酸锌添加剂对油润滑下填充聚四氟乙烯复合材料摩擦磨损性能的影响

利用MM-200型摩擦磨损试验机对比考察了聚四氟乙烯(PTFE)及其铜和镍填充复合材料在干摩擦以及液体石蜡和含商品添加剂二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)的液体石蜡-润滑下同GCr15轴承钢对摩时摩擦磨损性能,采用能量色散X射线显微分析(EDXA)测定了钢环磨损表面S和Zn元素的面分布,进而探讨了ZDDP对液体石蜡减摩抗磨作用的影响.研究表明:液体石蜡及含2%ZDDP的液体石蜡润滑均可大幅度降低摩擦副的摩擦系数,同时可显著降低PTFE-30%Ni复合材料的磨痕宽度,但对PTFE-30%Cu复合材料抗磨性能的影响不大.ZDDP作为添加剂可以有效地提高液体石蜡的抗磨作用,但对其减摩作用几乎无影响;ZDDP作为添加剂在摩擦过程中未发生摩擦化学反应,而是以物理吸附或化学吸附的方式在摩擦副接触表面成膜,从而起到抗磨作用.     

表面修饰SiO2纳米微粒对锂基脂抗磨性能影响的研究

合成了表面修饰SiO2纳米微粒,利用四球摩擦磨损试验机考察了SiO2纳米微粒作为锂基脂添加剂的摩擦磨损行为,用扫描电子显微镜、能量色散谱仪和X射线光电子能谱仪对钢球磨损表面进行了分析.结果表明:SiO2纳米微粒作为锂基脂添加剂具有良好的抗磨损性能,能够显著提高锂基脂的失效载荷.这是由于在摩擦过程中,SiO2纳米微粒富集在磨损表面并形成边界润滑膜,对磨损表面起到修复作用,从而使得锂基脂的抗磨和承载能力明显提高.     

“工业摩擦与润滑”专辑序言

<正>为深入贯彻落实党的二十大精神，大力实施《国家创新驱动发展战略纲要》，践行摩擦学科技工作者的使命和定位，提高装备运动与动力系统的效能及可靠性，研究工业用摩擦与润滑材料，解决包括装备润滑、润滑设备、润滑油和润滑脂、润滑添加剂及金属加工润滑液等问题已成为摩擦学科研工作者的主要目标之一，研发性能优异的新型工业用摩擦和润滑材料迫在眉睫.     

模拟空间原子氧辐照下X射线光电子能谱仪的原位表征功能开发

对现有的X射线光电子能谱仪进行功能开发,在不改变仪器工作原理、不影响现有功能的前提下,将研制的空间交变温度原子氧辐照装置集成到其快速进样室,重点解决集群结构的匹配和性能兼容问题,实现模拟空间交变温度原子氧辐照环境下材料的原位表征功能.采用Kapton膜的质量损失方法测试空间交变温度原子氧辐照装置的原子氧通量密度,氧气流量、偏压和微波电流均对原子氧通量密度有较大影响.系统测试表明,原子氧辐照使WS 2薄膜表面发生了严重氧化,影响了薄膜的化学组成.不同温度原子氧辐照导致了不可忽略的化学组成与结构的差异.     

高通量计算二维材料界面摩擦

建立了基于第一性原理方法研究二维材料界面摩擦的高通量计算程序,该程序实现了自动化批量建模、批量提交任务、多任务并发计算,以及计算结果自动收集、处理和图像绘制,使用该程序可以节省时间.采用此程序计算了不同层间距离下双层氮化硼和双层石墨烯的滑移势能面,及层间界面摩擦力和摩擦系数.研究发现,随着层间距离减小,双层氮化硼界面的平均摩擦力近似线性增大,摩擦系数为0.11—0.17,双层石墨烯界面摩擦力先增大后减小再增大,其摩擦系数在12 nN载荷下达到最小值(0.014),这些结果与已有研究结果一致,验证了该计算程序的可靠性.此外还研究了表面氢化和氟化对双层氮化硼界面摩擦的影响,发现氟化氮化硼/氮化硼界面的摩擦系数更低.     

偏压对高功率脉冲磁控溅射法沉积MoN涂层结构及性能的影响

采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)方法在9Cr18钢基材上制备了MoN涂层.系统研究了不同偏压对其结构、力学性能以及摩擦学性能的影响，并优化出耐磨性优异的MoN涂层.采用场发射扫描电镜分析涂层的表面和截面形貌，采用X-射线衍射仪分析涂层的晶相结构，采用纳米压痕仪测量涂层的硬度和弹性模量，采用摩擦磨损试验机(CSM)评价涂层的摩擦磨损性能.结果表明：随着偏压的增加，涂层由柱状晶体结构向致密无特征晶体结构转变，相结构以面心立方Mo₂N相为主. HiPIMS方法制备的MoN涂层均表现出较高的硬度(28 GPa以上)和较好的膜基结合力(60 N左右).摩擦学性能方面，在120 V偏压下沉积得到的涂层摩擦系数最低，为0.24；而在160 V偏压下沉积的涂层磨损率最低，为1.4×10^-8 mm³/(N·m).