碳量子点的摩擦学研究进展

机械设备的摩擦和磨损，造成了大量材料和能量消耗。碳量子点（Carbon Quantum Dots,CQDs）是一种新型零维纳米材料，具有独特的物化性质和良好的摩擦学性能，能够提高基础油的润滑性，延长机械设备的使用寿命，逐渐成为润滑领域中绿色、有前途的减摩抗磨材料。首先简要概述制备CQDs的至上而下和至下而上的两大类方法，然后着重介绍了CQDs作为润滑添加剂表面功能化、杂原子掺杂、纳米复合材料制备3种改善摩擦性能的策略，通过梳理CQDs基纳米材料作为减摩抗磨剂添加剂在摩擦学领域的应用实例，发现与其他纳米材料相比，CQDs具有超小的尺寸、表面官能团可调、分散性好、吸附稳定性好、毒性低、环境友好、易合成、成本低等优点，这些独特的性质造就了其优异的减摩抗磨性，证明了CQDs基纳米材料在摩擦学中拥有巨大的应用潜力。之后对CQDs作为润滑油添加剂的滚动轴承效应、形成润滑保护膜、填充修复效应和抛光效应4种润滑机制进行了总结和分析。最后概述了目前CQDs在摩擦学领域一些亟待解决的关键性问题，并展望了CQDs在未来摩擦学领域应用的发展趋势。CQDs在润滑领域的成功应用为具有更好减摩和抗磨性能的下一代碳纳...     

分子沉积膜摩擦学研究进展

概述了近十年来分子沉积膜在摩擦学领域的研究进展，包括分子沉积膜的纳米摩擦性能、粘附特性、磨损性能和力学特性，以及采用分子动力学模拟对摩擦产生机制、粘滑现象的理论分析，肯定了分子沉积膜的减摩润滑性能，在此基础上提出了今后的主要研究方向。     

黑磷的力学及摩擦学性能研究进展

归纳了黑磷在力学和摩擦学方面的理论计算和实验研究进展,重点总结了黑磷因其独特的褶皱结构而导致的负泊松比及力学性质的各向异性,关注了厚度、缺陷、预应变以及环境降解等因素对其力学性能的影响。黑磷优异的力学性能为运动传感器、柔性器件、安全装备以及微机电系统等的设计与开发提供了新的选择。应变以及缺陷对其力学性能的调控可以为黑磷的应用推广提供新的思路。大气环境条件下,黑磷的表面降解是阻碍其应用的一大瓶颈,但其化学活性可以在摩擦学领域中加以利用,实现超润滑。同时重点概述了近年来对黑磷的微观摩擦学研究,主要集中在黑磷摩擦性能的各向异性、厚度和载荷的影响,以及表面降解对润滑的贡献。黑磷纳米片、黑磷量子点等纳米材料在油基润滑、水基润滑以及聚合物复合材料方面的摩擦学研究表明,高载下黑磷的润滑性能优异,有望推动工程领域超润滑的实现。最后,对二维纳米材料黑磷未来的研究与发展做了进一步的展望。     

纳米复合薄膜水润滑摩擦学性能的研究进展

评述了类金刚石基(DLC、a-C)、非晶氮化碳基(a-CNx)、过渡金属氮化物基(TiN、CrN)及其改性纳米复合薄膜的水润滑摩擦学性能,分析了微观结构、梯度结构、元素掺杂、对磨材料及摩擦参数对其水润滑摩擦磨损性能的影响,并揭示了水润滑中纳米复合薄膜存在的摩擦磨损机制,指出了三种纳米复合薄膜体系在水润滑中均可表现出优异的减摩抗磨特性,但与薄膜成分、层状结构、力学性能及对磨材料物理化学性能密切相关。一般而言,相比于过渡金属氮化物基薄膜,类金刚石基及非晶氮化碳基薄膜由于在水润滑中形成转移层和水合润滑层而呈现出更低的摩擦系数和磨损率。当选用的对磨材料易于发生摩擦水合反应时,形成的水合层起到的保护作用使得纳米复合薄膜均表现出了更低的磨损率。在保证薄膜未发生剥落而失效时,适当地加载载荷和滑移速度也是获得最优水润滑摩擦学性能的关键因素。为薄膜应用在水润滑器械作业提供了一定的参考,并展望了纳米复合薄膜水润滑摩擦学未来的研究方向。     

纳米磁性流体与表面织构对钛合金的协同减摩作用机制

目的 提高钛合金表面的摩擦学性能。方法 采用纳秒激光器在钛合金表面构造沟槽型微织构图案,并以水基纳米磁流体和去离子水为润滑剂,利用UMT-3摩擦磨损试验机探究了织构与纳米磁流体的协同减摩作用机制。结果 分析了不同润滑条件下,沟槽型织构的分布间距对钛合金表面摩擦磨损性能的影响,在织构与纳米磁流体的协同作用下,钛合金表面的摩擦学性能得到改善,织构间距为250μm时的摩擦学性能最好,摩擦因数最大降低约51.5%,磨损率最大降低77.6%。当织构间距过小,织构化表面承载区减少,导致织构磨损较快,而织构间距过大会弱化织构效果。其次,以最优织构间距为基础,进一步探究了不同表面织构形貌和深度对钛合金表面摩擦学性能的影响。最后,研究了最优织构参数下,滑动速度和加载载荷对钛合金减摩性能的影响。结论 在润滑条件下,织构的表面形貌和深度影响钛合金表面的摩擦学性能,织构深度太浅或太深时,其流体动压效应都会减弱,从而导致摩擦因数和磨损量增大;当产生足够大的动压效应时,织构边缘的凸起结构能够对织构起到保护作用,延缓织构磨损。     

功能化石墨烯及石墨烯基纳米复合材料润滑添加剂的研究进展

在现代工业中,使用润滑材料降低摩擦磨损已成为提高机械元件耐久性和提高机械效率的重要手段.其中,润滑添加剂已被广泛证明能够进一步改善润滑介质的润滑性能,因此研究润滑添加剂的摩擦学表现是必要的.纳米材料作为润滑添加剂,能有效提高基础润滑介质的减摩、抗磨和极压性能,改善机械系统摩擦学性能,对节能减排和环保具有重要意义.石墨烯由于其独特的二维层状结构和优异的热力学、力学等性能,可作为润滑材料,已在摩擦学领域受到了广泛关注.近年来,大量石墨烯及其纳米复合材料作为润滑添加剂被研究和制备.在大量文献的基础上,详细综述了石墨烯及其衍生物、共价键及非共价键有机功能化石墨烯、石墨烯基纳米复合材料以及石墨烯复合其他二维层状纳米材料作为润滑添加剂的研究成果,分析了影响石墨烯分散稳定性与摩擦磨损性能的因素,着重讨论了不同功能化石墨烯及石墨烯基纳米复合材料作为润滑添加剂的减摩抗磨机理.最后,探讨了当前石墨烯及其纳米复合材料作为高性能润滑添加剂仍需要注意的问题和不足,并展望了其未来的研究趋势.     

羟基硅酸盐在水溶液中的摩擦学性能研究

将羟基硅酸盐通过表面修饰分散在水中，并与不同比例的水溶性润滑剂进行复配。用四球摩擦磨损试验机考查不同配比的羟基硅酸盐水溶液的摩擦学性能，并用扫描电子显微镜（SEM）和X射线能谱仪（EDAX）分析了磨斑表面形貌和元素构成。结果表明，单独的羟基硅酸盐或水溶性润滑剂的最大无卡咬负荷（PB）均不高，但以羟基硅酸盐与水溶性润滑剂复配的水溶液在合适配比下PB值大于1962N，有较高的承载性，在834N下，其减摩抗磨作用也非常明显。羟基硅酸盐-水溶性润滑剂体系的良好摩擦学性能的主要原因是羟基硅酸盐粒子提高了水溶性润滑剂形成的润滑膜的粘弹性，同时水溶性润滑剂对羟基硅酸盐粒子“微轴承”进行“润滑”，两者具有协同作用。     

纳米结构对二硫化钼摩擦学性能的影响

目的探究二硫化钼结构以及尺寸对其宏观摩擦学性能以及滑移机制的影响。方法采用水热法制备了尺寸不同的二硫化钼微球花,并与购买的商业化块状二硫化钼以及单层二硫化钼进行对比,将四种二硫化钼粉末在乙醇中进行分散,采用喷涂的方式在硅基底上制备了四种二硫化钼涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对粉末和涂层的形貌、结构进行了表征,并对比研究了涂层的摩擦学性能,通过光学显微镜观察了对偶的形貌,利用SEM和TEM对摩擦界面的结构和形貌进行了研究。结果四种二硫化钼材料均为层状结构的纳米片或微片组成,摩擦系数平稳且均小于0.05。块状二硫化钼寿命最短,摩擦界面覆盖了较少的润滑膜;单层二硫化钼摩擦系数平稳,且寿命最长,摩擦界面由大量纳米片组成,摩擦过程主要是单纯的物理剥离;二硫化钼微球花的寿命介于二者之间,微球花在摩擦力的作用下很容易发生剥离,在摩擦过程中起润滑作用的是剥离的二硫化钼纳米片,摩擦界面覆盖了较厚的致密润滑膜。二硫化钼微球花摩擦后,层间距由0.62 nm增至0.7 nm,层间距的增大有利于良好的润滑。结论尺寸对二硫化钼的滑移机制有影响,从而显著影响其耐磨寿命,层数和尺寸的减小有利于耐磨寿命的提升。     

自动化机械用高碳钢在纳米锑颗粒添加作用下的摩擦学性能

通过在液压油中添加纳米锑颗粒,对机械用高碳钢在不同摩擦条件下的摩擦学性能进行了研究。结果表明,纯液压油润滑过程中的摩擦主要为磨粒磨损和粘着磨损。纳米锑颗粒通过在摩擦表面形成表面润滑膜,有效减小了表面犁沟效应和粘着磨损,从而起到抗磨减摩作用。     

纳米润滑添加剂在板料拉深成形过程中的应用

针对在工业生产中具有广泛应用的板料拉深成形，总结了纳米润滑添加剂在板料拉深成形中的应用以及摩擦学特点，指出纳米粒子作为润滑油添加剂具有广阔的应用前景，并提出了今后的研究方向。     

羟基硅酸镁粉体表面改性及作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究

目的研究羟基硅酸镁粉体表面改性及作为润滑油添加剂的摩擦学性能,提高羟基硅酸镁粉体在设备磨损表面的成膜性能,减少磨损,延长使用寿命。方法采用同步热分析仪(SDT Q600),分析羟基硅酸镁粉体的相变过程。采用不同的表面改性剂对羟基硅酸镁进行改性,采用MG-2000型高速高温摩擦磨损试验机,研究不同添加量和热处理温度对羟基硅酸镁摩擦性能的影响。结果羟基硅酸镁在常温到500℃之间,脱失吸附水;500~800℃之间,脱去层间水和结构水,生成新的物相镁橄榄石;800~860℃之间,晶体结构发生重组;860~1100℃之间,发生镁橄榄石-顽辉石物相转变。经过油酸表面改性后,羟基硅酸镁粉体表面引入了有机长链,表面改性剂改性效果为:油酸>司盘80>硬脂酸>吐温80>KH270>KH560。粉体质量分数为10%时,短时间内易于达到磨损-自修复动态平衡,具有良好的抗磨减摩效果。经过200、400℃热处理的粉体具有较高的活性、分散性能和成膜性能。结论油酸能有效改善羟基硅酸镁粉体在润滑油中的分散性能,200、400℃热处理能有效提高羟基硅酸镁粉体在润滑油中的分散性能和摩擦过程中的成膜性能。     

铁基金属摩擦副表面自修复层分析

目的分析不同工况对表层自修复层的影响,探究羟基硅酸镁纳米管在摩擦磨损过程中的作用机理。方法以人工合成的羟基硅酸镁纳米管Mg3Si2O5(OH)4为自修复添加剂,在油润滑实验条件下进行铁基金属摩擦副摩擦磨损实验。利用SEM、EDS、激光拉曼光谱仪及显微维氏硬度计分别对自修复层厚度、自修复层元素组成、自修复层表面结构及自修复层表面显微硬度进行表征。结果在转速为1000、2000 r/min时,载荷为200、300、400 N的实验条件下,表层均有自修复层的生成。在转速为2000 r/min、载荷为400 N时,表层自修复层的厚度最大。实验过程中,摩擦副得到修复,出现负磨损,自修复层的主要元素为C、O、Fe等。高转速载荷工况下,其摩擦系数相比基础油下降0.008。自修复层为类金刚石结构,其平均硬度值在673HV左右,为基体的1.87倍。结论羟基硅酸镁、基础油及磨屑三者共同作用,在高能摩擦作用下合金化,形成高硬度的类金刚石结构修复层,能有效保护摩擦副工作面,并延长寿命。加大实验载荷与实验转速,能加速自修复层的形成,实现摩擦副负磨损,并降低摩擦系数。     

纳米加工液对金属表面的润滑与修复

兼具润滑与表面修复功能的纳米粒子已开始应用于金属加工液中并受到了国内外学者的广泛关注。与传统加工液不同,将纳米粒子均匀分散到水性或油性基液中制备的纳米加工液除了具有润滑冷却、减摩抗磨作用外,其表面修复功能更加值得关注,在提高金属加工表面质量方面具有较高的应用前景。虽然纳米加工液具有诸多优势,但其分散稳定性、润滑机理及其表面修复功能仍是纳米润滑领域的研究热点问题。主要针对近年来纳米粒子的润滑机理与其表面修复作用的微观本质等一系列问题的研究与发展进行阐述。从纳米粒子的选择与分散出发,讨论了添加表面活性剂和对纳米粒子进行表面改性这两种提高纳米粒子分散稳定性的主要方法。重点论述了滚珠轴承效应、薄膜润滑机制、自修复功能和微量磨削作用这四种被广泛认同的纳米润滑机理,依据前人的研究结果,归纳这四种润滑机理的理论模型、适用情况及其相互间的配合关系。此外,从纳米粒子的润滑机理出发,探索其表面修复作用,对金属表面的物理吸附膜、化学反应膜及沉积自修复膜进行判别与比较,分析其表面修复作用的微观本质。     

Warm negative incremental forming of magnesium alloy AZ31 Sheet: New lubricating method

The present study has been undertaken in order to investigate the suitable lubricants and lubricating methods, which can be employed to form a magnesium alloy AZ31 sheet by warm negative incremental forming (NIF). For the intended purpose, Nano-K₂Ti₄O₉ whisker and organic binder were employed to improve the bonding strength at lubrication coating/sheet interface and lubricating properties at elevated temperatures. The Nano-K₂Ti₄O₉ whisker enhanced solid lubrication film and the solid graphite or MoS₂ powder-coated porous ceramic coatings by pulsed anodic oxidation (PAO) almost have the same coefficient of the initial friction about 0.07–0.1 at room and elevated temperatures, which was satisfied with friction and lubrication condition of warm incremental forming (IF) of the metal sheet. Solid graphite or MoS₂ powder-coated ceramic coatings possessed the remarkable lubrication and self-lubrication effect. These suggested lubricating methods gave an excellent solid lubrication performance and good surface quality of the formed parts in warm IF process of the metal sheet.     

滑动摩擦接触对母线弯曲成形质量的影响

目的 研究滑动摩擦接触对1060纯铝母线弯曲成形质量的影响,得到表面质量更好的工件,降低废品率。方法 采用自行设计的V形三点式自由弯曲成形的摩擦力测试装置,通过更换不同表面粗糙度的凹模圆角、不同润滑介质以改变接触状况,进行一系列摩擦试验。通过钨灯丝扫描显微镜获得板料弯曲件表面微观形貌图,通过MATLAB软件对所采集的数据进行曲线处理。结果 得到不同粗糙度的凹模圆角以及不同润滑介质条件下的弯曲力-行程曲线。经测定,凹模圆角表面光滑时,无润滑状态下,最大摩擦力约为440 N;采用聚乙烯薄膜作为润滑介质,最大摩擦力约为100 N;采用聚四氟乙烯薄膜作为润滑介质时,最大摩擦力约为20 N。凹模圆角表面粗糙时,无润滑状态下,最大摩擦力约为235 N;采用聚四氟乙烯薄膜作为润滑介质时,最大摩擦力约为28 N。结论 添加润滑介质可以有效降低板料与凹模圆角之间摩擦力大小,进而提高弯曲件表面成形质量。滑动摩擦条件下,无论光滑还是粗糙的凹模圆角,采取润滑措施均能有效提高弯曲成形工件的表面质量,且聚四氟乙烯薄膜作为润滑介质时,得到的板料表面质量最好。     

金属磨损自修复技术在汽车发动机维修中的应用

金属磨损自修复技术是自修复材料通过润滑剂为载体,进入摩擦副工作面,经挤压,在金属摩擦表面生成一层铁基硅酸盐耐磨保护层(金属陶瓷层),从而实现在不拆卸原件的情况下对已磨损的零件表面部位进行自动修复.介绍了金属磨损自修复技术的特点、机理及在汽车发动机维护中的应用方法,通过试验研究了自修复技术对发动机性能的影响及自修复材料保护层的摩擦性能、显微硬度,结果表明具有显著的经济效益.     

基于梳齿沟槽阵列的集油表面润滑特性

对限量供油条件下梳齿沟槽阵列表面的润滑特性及其集油性能进行了研究。 利用飞秒激光在摩擦表面制备了梳齿状沟槽阵列,形成了条状亲油区。 采用摩擦力及膜厚测量仪的往复运动模块对该条状自亲油区在限量供油条件下的润滑成膜特性和减摩降磨特性进行了研究。 同时,采用高速摄像机对梳齿沟槽阵列表面油滴的输运特性进行了观察。 结果表明,以梳齿状沟槽阵列为边界的润滑轨道对置于其上的润滑油有明显约束作用,限制其向润滑轨道之外的铺展。 在有限供油条件下,该类条状自集油表面具有较好的润滑能力、较小的摩擦因数和磨损。 相对于普通润滑表面, 集油表面摩擦因数减小了 30%左右,而往复运动行程中心位置最小膜厚增大了 20 nm。 油滴在梳齿沟槽阵列表面的输运产生明显差异,朝向润滑轨道的输运距离为远离润滑轨道输运距离的 1. 5 倍。     

表面织构及供油量对润滑性能影响的建模分析

目的研究不同供油条件下织构表面的润滑性能。方法首先,建立考虑表面织构的乏油润滑模型,求解修正雷诺方程获得乏油工况下考虑织构表面的润滑油膜厚度以及压力分布。然后,依据求得的润滑油膜厚度判断计算域内各点润滑状态,通过接触压力及油膜厚度分别计算边界润滑、混合润滑以及流体润滑状态下的切应力,并积分求得摩擦力进而得到摩擦系数。结果模拟了供油层厚度为50~500 nm以及充分供油条件下三种织构的润滑行为,获得了不同润滑状态下表面织构的摩擦系数。速度为0.1 m/s时,供油量对接触区油膜厚度的影响较小,不同润滑状态下织构表现出不同的润滑性能。速度为0.2 m/s时,供油层厚度对油膜厚度的影响较大,随着供油层厚度的增大,膜厚明显增加,摩擦系数在供油层厚度为200 nm时最小。结论接触副处于流体润滑状态时,织构表面不具有减摩效果。接触副处于边界润滑状态时,织构表面具有减摩效果,并且织构较密时,摩擦系数较小。接触副处于混合润滑状态时,织构过于稀疏或密集时均不具有减摩效果,但是合理分布的织构具有减摩效果。     

铝板带轧制过程中的工艺润滑及影响因素

铝板带轧制工艺润滑不仅可以减摩降磨、节能降耗,而且可以改善轧后产品表面质量。在分析铝板带轧制工艺润滑机制的基础上,讨论轧制过程中润滑效果的影响因素,对铝板带轧制润滑工艺和润滑剂的改进有参考意义。     

氧化石墨烯对锂基润滑脂摩擦学性能的影响

目的 研究氧化石墨烯(GO)作为添加剂对润滑脂摩擦性能的影响.方法 将鳞片石墨利用经典的Hummers氧化法氧化得到GO,并表征了GO,再分别以不同的质量分数(0.1％、0.3％、0.5％、1.0％、1.5％)与润滑脂复配.同时增加了空白润滑脂与石墨粉复配的润滑脂作为对比.利用Optimol SRV型摩擦磨损试验机评价其摩擦学性能.利用非接触三维表面轮廓仪、扫描电子显微镜(SEM)观察磨斑表面和深度.通过特征X射线能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS),对磨斑表面的元素化学状态分布进行分析.结果 与空白锂基润滑脂相比,添加了石墨粉的锂基润滑脂在经过钢/钢摩擦副的摩擦后,其摩擦因数均有降低,但随着试验的进行,其摩擦因数均逐渐提高,摩擦副表面出现了润滑失效的现象,而添加GO的锂基润滑脂其摩擦因数迅速降低至0.13左右,降低了35％,且在试验时间内没有出现润滑失效的现象.SEM及三维轮廓图显示,在添加GO的润滑脂润滑后,其钢块磨斑最低,磨痕最浅;EDS显示其润滑后的磨痕有较多的氧元素,说明具有含氧官能团的GO能够牢固地吸附在基体表面,形成润滑层.XPS证实了分别添加有石墨和GO的润滑脂在摩擦试验过程中均与基体发生了摩擦化学反应,由铁的氧化物形成了一层润滑薄膜.结论 GO作为润滑脂添加剂可以有效降低摩擦因数,减少磨损量,延长润滑时间,提高润滑性能.