润滑研究进展

过去20余年,薄膜润滑、纳米润滑、极端工况摩擦与润滑、生物润滑、绿色润滑、微量润滑等取得了重要进展。最近10余年,超滑、仿生润滑、智能润滑与监测,以及摩擦学测试技术和模拟仿真技术等研究飞速发展。微观研究已经成为润滑研究的主要手段,面向风力发电机、高铁、深空探测、深海探测、大飞机、超高速飞行器、新能源汽车等领域的润滑与密封和绿色近零排放润滑研究已经成为工业界关注的焦点。超滑作为润滑领域的新型颠覆性技术,逐步显示出其在工业生产和人类日常生活中的应用优势与勃勃发展生机。生物润滑包括人类器官中的摩擦与润滑和仿生学研究,在人类健康生活方面展示出重要作用。极端环境(高温、超低温、真空、高压等)摩擦与润滑,在卫星、火箭、舰艇、核电站及其他国防设施上用途广泛。而智能润滑等新兴领域发展,也将智能化应用到润滑领域,为设备的智能运行和制造提供了新的思路。在此,对润滑领域几个重要发展方向,如超滑、薄膜润滑、纳米润滑、极端工况摩擦与润滑、智能润滑、生物仿生学、绿色摩擦与润滑,以及摩擦学测试方法等方面进行回顾,介绍了国内外同行最新研究进展,并对未来进行了展望。     

空间润滑剂和液体润滑系统的研究进展

空间环境中高真空、大温差、微重力和强辐射等恶劣条件对润滑剂和润滑系统提出了特殊的要求,挥发和爬移损失使得长寿命液体润滑系统的结构更加复杂,如何实现空间高效润滑是现阶段各国空间摩擦学研究的热点问题之一。从润滑剂、润滑方式和液体润滑系统3个方面对空间摩擦学的主要研究内容和研究成果进行综述;指出固体润滑、脂润滑和液体润滑是现阶段空间机械设备的主要润滑方式,应根据部件的工作特点和寿命选用不同的润滑方式;正在研究和试验的混合润滑是一种理想的空间润滑方式,提出未来深空探测机器设备润滑系统的研究重点和发展方向。     

聚甲醛润滑材料在摩擦学领域的研究进展

对聚甲醛润滑材料的类型及发展状况作了评述与总结,提出了聚甲醛润滑材料研究工作的方向是通过在聚甲醛树脂上改性处理,形成聚甲醛复合材料,提高其抗冲击性,保持其刚性和强度不下降;同时添加高性能的抗磨减摩剂,进一步提高其自润滑性,另外尽量赋予润滑材料在导电性、阻燃性、高承载性等方面的特殊功能,形成多品种多系列的聚甲醛润滑复合材料。     

生物摩擦磨损润滑剂的润滑特性

关节转换已广泛应用于关节炎晚期治疗,外伤致残和滑瘤切除手术中。关节转换材料的耐磨性能会直接影响转换关节的使用寿命和使用质量。蒸馏水、盐水、血浆、血清等均被用作生物摩擦磨损研究的润滑剂,但是对这些润滑剂的润滑特性并未认真考察。本文应用ＴＬＴ－１型弹流试验台对血浆在内的几种生物摩擦磨损润滑剂的润滑特性进行了研究,结果表明血浆的润滑性能最好。     

润滑理论中的模糊观

本文根据模糊学(Fuzziology)的思想方法,对摩擦学中几种润滑状态的模糊性进行了探讨,进而提出了过渡摩擦区,并给出了各种润滑状态的模糊集合模型。最后,为清晰地描述混合润滑给出了一种简易的模糊数学办法。     

摩擦学的进展和未来

在过去的20年内,随着纳米技术的飞速发展和人们社会需求的日益增加,摩擦学迅速发展,并随之产生了几个新的领域,比如纳米摩擦、生物摩擦、超滑、表面织构摩擦学、极端工况摩擦学、微动摩擦学等等。在未来的10年,这些领域和其他新出现的概念,比如:绿色摩擦、纳米制造摩擦学、新型超滑材料和新能源领域摩擦学等等,将在摩擦学研究工作中发挥重要的作用。纳米摩擦学包括纳米尺度下的薄膜润滑、纳米摩擦、纳米磨损、表面黏附等等。绿色摩擦学包括环境友好润滑剂、摩擦噪声的减小、没有环境污染的磨损。生物摩擦学包括人类器官中的摩擦学和仿生摩擦学。超滑包含不同类型的润滑剂,比如类金刚石膜、水基润滑剂、一些生物润滑剂,其具有极低的摩擦因数(0.001量级)。纳米制造摩擦学包括纳米结构制造中的摩擦学、纳米精度制造中的摩擦学和跨尺度(微观、中观和宏观)制造中的摩擦学。这些领域需要不同的理论和技术,以适应不同的制造对象和尺度。极端工况摩擦学包括在重载下、在高/低温度下、在高/低速度下和强腐蚀或氧化环境条件下的摩擦学问题。与表面织构相关的摩擦学理论和技术也是当今发展较快的领域。这些领域的新进展和未来10年的新需求将在下文中具体介绍。     

水润滑材料的发展状况及其趋势

由于节能及环保要求,水润滑材料在最近几年发展迅速,正成为一种很有前景的摩擦副材料.回顾了几类水润滑材料及其相关的应用,介绍了硅系陶瓷材料的特点、水润滑性能、国内外研究状况,介绍了最近几年国内外对金属陶瓷的研究及其应用.     

可促进润滑油生物降解的新型润滑添加剂研究

设计并合成了N-油酰基丝氨酸添加剂,运用红外光谱表征了其结构,通过摩擦学和生物降解实验考察了其在HVI350矿物油中的摩擦学和生物降解性能,并探讨了其摩擦学和促进润滑油生物降解的作用机制.研究表明:N-油酰基丝氨酸能有效提高矿物基础油的减摩抗磨能力,并能显著提高矿物基础油的生物降解性能,是一种潜在的环境友好润滑添加剂.     

基于面接触的粉末润滑实验研究

利用石墨粉末颗粒,基于端面摩擦试验机对粉末润滑方式开展了摩擦学研究。试验了粉末冶金铜合金材料、粘结石墨润滑涂层、PTFE 3层自润滑复合材料3种试样在石墨粉末颗粒流润滑条件下的摩擦因数、温度及表面膜等特性,并与干摩擦和油润滑进行了对比。结果表明:粉末润滑可以实现与固体润滑膜、自润滑材料类似的无油固体润滑效果;利用它的持续补充性,可以实现动态补充和修复的固体润滑膜;但是,粉末润滑膜与基体附着能力较差。     

激光微织构表面脂润滑性能试验研究

采用声光调 Q 二极管泵浦固体光源（DPSS）Nd∶YAG 激光器,在45＃钢试样表面进行激光微织构加工,采用 VYKO-NT1100三维形貌分析仪对微观织构形貌进行测量。以二硫化钼润滑脂为润滑剂,在 MMW-1A 型摩擦磨损试验机上进行微织构试样和光滑试样在不同工况条件下的摩擦性能对比试验。试验结果表明,在一定条件下,面积占有率为14％的微凹腔织构表面的脂润滑性能明显优于未织构光滑表面,且随着微凹腔面积占有率的增大,摩擦因数波动范围变小;凹槽织构表面较未织构光滑表面具有更好的润滑稳定性;在脂润滑条件下,激光微织构表面较未织构光滑表面摩擦因数最大可降低26％。     

碳量子点的润滑机制及其作为润滑添加剂的研究进展

碳量子点作为一种新型的零维碳基纳米材料,具有体积小、可设计性强、生物相容性高、分散性和稳定性好、合成方式多和成本低等优势,被认为是一种绿色、高效的润滑材料。许多研究已证实碳量子点作为润滑添加剂具有出色的摩擦学性能。综述碳量子点作为润滑添加剂的润滑机制、功能化的研究进展,总结碳量子点作为润滑添加剂在水基润滑剂、润滑油、润滑脂以及水凝胶中的应用研究现状,展望碳量子点作为新型润滑添加剂的前景和研究方向。充分利用分子动力学模拟技术来探究碳量子点作为润滑添加剂的润滑机制,同时强化碳量子点的多功能性研究,并探索碳量子点与其他添加剂之间的兼容性,是未来的研究重点。     

绿色水基润滑添加剂的研究

从水溶性和吸附性方面考虑，设计并合成了一种绿色水基润滑添加剂(OT)，参照GB6144—85测试了其与钼酸钠复配后的防锈性能，通过四球试验机考察了不同添加量的添加剂在水中的摩擦学性能，并初探了该添加剂的极压抗磨作用机理。试验结果表明：添加量为1％～3％(质量分数)的OT润滑剂具有更优良的抗磨减摩性能，承载能力也相当高，推测其润滑作用机理为油酸分子作为载体与高反应活性的氮及强极性基团聚氧乙撑链的协同作用在摩擦金属表面形成了高强度的吸附膜和(或)摩擦化学反应膜。     

模具设计中的摩擦学问题研究

通过实用模具的失效分析，讨论了影响模具寿命的主要因素，并探讨了在模具设计中的摩擦学问题。     

PTFE粉末颗粒流润滑方式下的润滑性能*

为探究颗粒流润滑方式下聚四氟乙烯（PTFE）粉末的润滑减磨性能,在不同载荷及干摩擦和PTFE粉末润滑条件下进行氮化硅摩擦副摩擦磨损实验,分析不同载荷下PTFE粉末润滑对试样摩擦学特性的影响,通过扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线能谱仪（EDS）分析试样在不同润滑条件下的磨损及润滑机制。结果表明：PTFE粉末润滑条件下的摩擦因数要明显低于干摩擦条件下的摩擦因数,且在实验时间内PTFE粉末保持润滑持续稳定;在滑动摩擦过程中,PTFE粉末由于压力作用,形成一层转移膜粘附在试样表面,使摩擦因数处于一个持续较低的状态,对试样起到良好的润滑和保护作用;随着载荷增加,转移膜的覆盖面积和连续性先变好后变差,导致在PTFE粉末润滑条件下的摩擦因数也先降低后升高。因此,颗粒流润滑方式下PTFE粉末具有良好的润滑和减磨效果,具有十分广泛的应用前景。     

Ionic Liquid Lubrication Effects on Ceramics in a Water Environment

Ionic liquids were studied to determine their effectiveness as boundary lubricant additives for water. The chemical and tribochemical reactions that govern their behavior were probed to understand lubrication mechanisms. Under water lubricated conditions, silicon nitride ceramics are characterized by a running-in period of high friction, during which time the surface is modified causing a dramatic decrease in friction and wear. Two mechanisms have been proposed to explain the friction and wear behavior. Si₃N₄ sliding against itself may result in tribochemical reactions that form a hydrated silicon oxide layer on the surface of the sliding contact. This film has been suggested to mediate friction and wear. Others have suggested that tribo-dissolution of SiO₂ results in an ultra smooth surface and after a running-in period of high wear, the lubrication mode becomes hydrodynamic. The goal of this study was to examine the effects that ionic liquids have on the friction and wear properties of Si₃N₄, in particular their effects on the running-in period. Tribological properties were evaluated using pin-on-disk and reciprocating tribometers. The tribological conditions of the tests were selected to produce mixed/hydrodynamic lubrication. The relative lubrication mode between mixed and hydrodynamic was controlled by the initial surface roughness. Solutions containing 2 wt% ionic liquids were produced for testing purposes. Chemical analysis of the sliding surfaces was accomplished with X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The test specimens were 1 in diameter Si₃N₄ disks sliding against 1/4 in Si₃N₄ balls. The addition of ionic liquids to water resulted in dramatically reduced running-in periods for silicon nitride from thousands to the hundreds of cycles. Proposed mechanisms include the formation of BF_x and PF_x films on the surface and creation of an electric double layer of ionic liquid.     

水垫带式输送机的润滑机制研究

为了提高水垫带式输送机的承载能力,对其润滑机制进行研究。由纳维-斯托克斯方程着手,根据流体润滑理论推导出水垫带式输送机水垫的雷诺方程,建立了水垫的数学模型。该方程是水垫带式输送机润滑理论的基础,其物理意义就在于将水垫的压力、流量、速度以及水垫厚度联系在一起。结果表明,输送机水垫的承载能力是由动压效应、挤压效应、静压作用3部分组成,其中起主要作用的是静压作用,动压效应的存在提高了水垫的承载能力。