Nano-tribological study on a super-hydrophobic film formed on rough aluminium substrates

A novel super-hydrophobic stearic acid (STA) film with a water contact angle of 166^o was prepared by chemical adsorption on aluminum wafer coated with polyethyleneimine (PEI) film. The micro-tribological behavior of the super-hydrophobic STA monolayer was compared with that of the polished and PEI-coated Al surfaces. The effect of relative humidity on the adhesion and friction was investigated as well. It was found that the STA monolayer showed decreased friction, while the adhesive force was greatly decreased by increasing the surface roughness of the Al wafer to reduce the contact area between the atomic force microscope (AFM) tip and the sample surface to be tested. Thus the friction and adhesion of the Al wafer was effectively decreased by generating the STA monolayer, which indicated that it could be feasible and rational to prepare a surface with good adhesion resistance and lubricity by properly controlling the surface morphology and the chemical composition. Both the adhesion and friction decreased as the relative humidity was lowered from 65% to 10%, though the decrease extent became insignificant for the STA monolayer. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (50375151, 50323007, 10225209) and the Chinese Academy of Sciences (KJCX-SW-L2)     

有机小分子染料和聚阳离子分子超薄膜的制备及其摩擦学性能研究

制备了以有机小分子染料酸性红 1 8为阴离子、以聚烯丙基氯化铵和聚乙烯亚胺为聚阳离子的分子沉积膜 ,用紫外可见分光光度计、接触角测定仪和椭圆偏振光测厚仪对所制备的超薄膜进行了表征 .用DF PM型动 静摩擦系数精密测定装置考察了超薄膜的摩擦学性能 ,采用扫描电子显微镜对薄膜的磨痕表面进行了观察 .结果表明 ,所制备的超薄复合沉积膜具有良好的减摩和耐磨性能     

稀土纳米薄膜摩擦学性能研究

用自组装方法可以在单晶硅表面获得稀土纳米薄膜，得到的薄膜通过XPS，偏振光椭圆率测量仪、角接触仪、AFM等手段表征。通过滑动摩擦实验，可以测试稀土薄膜的界面粘附力。通过DF-PM型复复摩擦磨损试验机，考察稀土纳米薄膜的摩擦磨损特性。实验结果表明，稀土纳米薄膜具有低摩擦系数和高抗磨损特性。稀土纳米薄膜具有纳米级尺度、强界面结合力和低表面能，使其成为MEMS装置固体润滑的理想选择。     

车轮多边形激励下高速列车制动界面摩擦学行为分析

高速列车车轮多边形磨耗是一种沿车轮周向的不均匀磨耗,是列车服役过程中常见的车轮失效现象,其产生的剧烈轮轨激励严重威胁车辆系统服役可靠性.制动系统作为保障高速列车服役安全的核心部件,其界面摩擦学行为直接受到轮轨激励的影响.为探究车轮多边形激励下的制动界面摩擦学行为,建立了刚柔耦合车辆动力学模型和制动系统热机耦合有限元模型,并分别通过线路试验和台架试验验证了模型的正确性.然后,提出一种考虑车轮多边形激励的制动界面摩擦学行为分析方法,能够真实地反映服役过程中制动界面摩擦学行为.基于此,研究了不同车辆运行速度下车轮多边形激励对制动系统动态接触、温度以及振动特性的影响规律.结果表明：车轮多边形磨耗导致系统接触面积、摩擦热、接触应力和振动等摩擦学行为更为复杂且剧烈.此外,系统接触面积标准差和振动加速度均方根值随速度的增加而增大.因此,车轮多边形磨耗对制动界面摩擦学行为具有不可忽略的影响.该研究成果可为制动系统界面摩擦学行为研究及结构优化设计提供有效方法与工程指导.     

烧结型NdFeB永磁体表面有机纳米复合膜的制备及性能

采用自组装分子膜技术在烧结型NdFeB永磁体表面制备了三嗪硫醇三乙基硅烷(TES)自组装分子膜(TES-SAMs), 在TES-SAMs的基础上利用自主开发的有机镀膜技术制备了具有含氟官能团的三嗪硫醇(ATP)有机纳米复合薄膜(TES-ATP). 通过X射线光电子能谱仪(XPS)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪、椭圆偏振光谱仪、原子力显微镜(AFM)和接触角测量仪对薄膜的表面状况进行评价, 使用UMT-2型摩擦磨损试验机研究TES-SAMs和TES-ATP的微摩擦学性能. 研究结果表明: TES-SAMs和TES-ATP的膜厚分别是5.08和29.78nm; 表面自由能从基体的73.13 mJ·m^-2下降到TES-SAMs的63.69 mJ·m^-2和TES-ATP复合膜的10.19 mJ·m^-2, 且TES-ATP复合膜对蒸馏水的接触角为123.5°, 成功实现了NdFeB表面由亲水到疏水的转换.TES-SAMs和TES-ATP均能有效降低摩擦系数, TES-SAMs的摩擦系数为0.22, TES-ATP的摩擦系数为0.12, 而基体的摩擦系数为0.71; 同时, TES-ATP还表现出良好的抗磨性能. TES-ATP复合膜为微机电系统中的摩擦磨损问题的解决提供了一种新思路.     

分子沉积聚合物膜的制备及其摩擦学性能研究

以聚对磺酸钠苯乙烯(PSS)为聚阴离子、聚烯丙基氯化氨(PAH)为聚阳离子交替沉积制备了多层聚合物纳米复合膜,用热分析仪考察了这两种体相聚合物的热稳定性,采用紫外-可见光谱仪、椭圆偏振光测厚仪、接触角测量仪等分析了复合膜的性能,用DF-PM型动静摩擦系数精密测定装置考察了其摩擦学性能.结果发现,所制备的聚合物复合膜具有一定的减摩作用,原因是单晶硅表面沉积聚合物超薄膜可以降低表面的粘着力,对硅表面具有微观修饰作用,从而降低其同钢对摩时的摩擦系数;单晶硅表面分子沉积聚合物纳米复合膜的摩擦学特性同超薄膜的层数相关,沉积层数较多的超薄膜的耐磨寿命较长,并因加热处理而得到明显改善.     

光固化3D打印与传统涂膜法制备聚酰亚胺的摩擦学性能比较研究

为研究光固化3D打印成形技术及其材料配方对光敏聚酰亚胺摩擦学性能的影响,分别采用光固化3D打印技术和传统涂膜成形对比评价了几种光敏型和热固型聚酰亚胺的摩擦学性能、热稳定性及机械性能等.研究表明：为适应光固化3D打印成形需要而加入的活性稀释剂和交联剂对光敏聚酰亚胺的机械性能具有提升作用,但削弱了减摩抗磨和耐热性能;相较于涂膜成形的热固性聚酰亚胺,3D打印样品的耐热性能降低,摩擦系数升高了0.08,磨损率增加了9×10^-6 mm³/(N·m).尽管光固化3D打印聚酰亚胺的减摩抗磨性能低于热固成形聚酰亚胺,但基于光固化3D打印技术的一体成型、高精度和自由制造等诸多优势,对实现高性能及复杂结构精密润滑器件的一体化智能制造具有重要的工程意义.     

氧化添加量对M80S20激光涂敷层的显微组织和摩擦学性能的影响

通过金相分析，扫描电子显微镜分析和透射电子显微镜分析，以及在无润滑条件下的摩擦磨损对比试验研究，考虑了稀土氧化物ＣｅＯ２添加量对（Ｆｅ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｗ，Ｍｏ）８０（Ｂ，Ｓｉ，Ｃ）２０铁基非晶自熔合金粉末喷涂－激光重熔涂敷层的显微组织和摩擦磨损性能的影响。     

聚酰亚胺复合材料的摩擦性能及其机理研究

研究了含有固体润滑剂的炭纤维增强 PI复合材料在干摩擦和水润滑 2种状态下的摩擦磨损性能及其磨损机理 .结果表明 ,在水润滑条件下 ,摩擦系数和磨损率都有不同程度的降低 ,其中含 PTFE的炭纤维增强 PI复合材料的耐磨性最佳 ,最低磨损率为 9.9× 10 - 7mm3/ N· m.其主要原因可能与材料存在极性酰胺基团有关 ,酰胺基易通过氢键与水分子结合 ,在摩擦表面形成水吸附膜 ,使摩擦表面直接接触减少 ,从而改善材料的摩擦磨损性能     

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.