超音速等离子喷涂法制备La2O3和CeO2掺杂CoCrW涂层的摩擦学性能研究

利用一种新型的超音速等离子喷涂方法制备了稀土氧化物掺杂CoCrW涂层. 通过X射线衍射仪、接触表面形貌仪、显微硬度测试仪、多功能摩擦磨损试验机和具有EDS能谱的环境扫描电子显微镜对涂层的相结构、表面形貌、显微硬度、摩擦磨损性能进行了研究. 实验结果显示, 稀土氧化物掺杂涂层具有很高的显微硬度和优越的摩擦学性能. 同时, 对涂层的摩擦和磨损机理进行了研究.     

超高分子量聚乙烯磨屑厚度与正压力关系研究

利用MiaoXAM2.5X-50X超高精度三维轮廓仪从三维角度, 对超高分子量聚乙烯在特定摩擦磨损试验条件下的磨屑厚度与正压力之间的对应关系进行了研究. 研究表明: 磨屑厚度具有明显的分级现象, 建立了磨屑初级和次级厚度数学模型, 磨屑次级厚度数学模型可推知系统中真实受力状态, 作为修正系统模拟参数的依据, 对于一些无法进行实时监测的封闭系统的仿真模拟, 具有十分重要的意义; 磨屑初级厚度模型可以真实反映摩擦学系统真实的受力情况和磨损表面状态, 对探知系统的运转状况有着十分重要作用. 通过对润滑条件与磨屑厚度关系的研究, 验证了磨屑厚度与正压力之间的关系. 研究了最大磨屑厚度与正应力之间的分形关系; 提出了磨屑厚度的不变性原理和特征厚度的概念. 试验结果表明, 磨屑厚度对于试验条件具有很强的稳定性, 同时, 它作为摩擦学系统中具备力学理论依据的重要参数, 也是更加稳定的一个参数, 将在故障诊断中发挥重要作用, 特别对人工关节等密闭状态下摩擦学系统监测具有重大意义.     

激光检测摩擦力显微镜的研制

纳米摩擦学已经成为摩擦学最活跃的研究领域之一。摩擦力显微镜(Friction force microscope,简称FFM)是最近几年在原子力显微镜(Atomic force microscope,简称AFM)基础上发展起来的一种具有很高分辨率的、用于研究物质表面微观摩擦性质的探测工具。由于以往在微观尺度上对摩擦现象的研究缺乏有效手段,因此,FFM自问世以来便受到广泛重视并在纳米摩擦学领域得到应用。目前纳米摩擦学研究领域的最新成果大都由AFM和FFM得到,如微摩擦力与表面轮廓斜率的对应关系、微摩擦力的周期性、微磨损的特性等。但AFM和FFM在纳米摩擦学领域的应用研究本身还有待于深入发展。虽然国内一些单位已开展对微观摩擦学的研究和扫描探针系列显微镜的研制工作,但尚未有用FFM从事纳米摩擦磨损研究的报道。清华大学摩擦学国家重点实验室与中国科学院化学研究所于1995年5月成功地研制出国内首台FFM。本文报道了我们在仪器研制方面所作的工作。     

超滑与摩擦起源的探索

摩擦消耗掉全世界约1/3的一次能源,磨损致使大约80%的机器零部件失效,每年因摩擦、磨损造成的经济损失约占国内生产总值(gross domestic product, GDP)的2%～7%.对于中国这样的制造大国,摩擦、磨损造成的损失占比较高.仅以5%计算, 2019年我国因摩擦、磨损造成的损失就可能达4.95万亿元.因此,如何减少摩擦、降低磨损是大家广为关注的问题,也是影响人类社会走向绿色、环保、有效利用资源和能源的关键因素之一.探索摩擦起源,实现超滑状态成为摩擦学研究的重大使命.超滑就是将摩擦系数呈数个数量级的降低,同时伴随磨损率呈数量级下降的一种新技术.本文重点介绍了我们课题组近期在超滑和微观摩擦能量耗散机制方面的研究进展,同时也对国内外相关研究进行了简要评述.     

含黄原酸基团硼酸酯用作硫化烯烃替代物的摩擦学研究

为开发可作为硫化烯烃替代物的润滑油添加剂, 合成了一种含黄原酸基团的硼酸酯衍生物(BXT)并对其结构进行了表征. 利用四球摩擦磨损试验机对该化合物在菜籽油中的摩擦学性能进行了评价. 结果表明, BXT在菜籽油中具有优异的承载能力、减摩及抗磨性能; 与硫化烯烃相比, BXT没有明显的气味, 铜腐蚀程度低且热稳定性高. 采用三维表面轮廓仪及X射线光电子能谱(XPS)对钢球磨损表面的形貌和元素状态进行了分析, 初步研究了BXT在摩擦过程中的作用机理.     

金膜、光盘和LB膜的摩擦力显微镜研究

纳米摩擦学的提出适应现代科学技术发展的需要.传统的摩擦磨损和润滑理论经过百多年的发展,虽然已经比较完善地解决一般工程设计问题,但对于摩擦学机理的认识和实现主动控制还存在许多问题,特别是对于微型机械或超精密机械中,例如极轻载荷、纳米尺度间隙下的摩擦磨损和润滑问题.宏观摩擦学已不适用.摩擦力显微镜(Friction force micro-scope,以下简称FFM)的出现为人们能在纳米尺度上进行摩擦磨损实验提供了有效工具.虽然国外学者已利用FFM作了许多工作,但用FFM进行纳米摩擦学实验并不象宏观摩擦磨损实验那样成熟.我们在研制FFM的基础上利用FFM进行了尝试性试验,本文报道了一些初步结果.关于摩擦力显微镜的描述见文献[7].作为摩擦力显微镜力传感器用的微悬臂是通过镀膜、刻蚀等工序制作而成.微悬臂呈三角形结构,材料为Si_3N_4,自由端有一个金字塔形微探针.当探针与样品接触时,可以控制压电陶瓷的伸缩使微悬臂产生不同程度的弯曲,从而实现微载荷定量设定,微载荷可通过下式求得:L=k·△h=k·p·△V,(1)其中k是微悬臂的弹性系数;△h是微悬臂的法向位移;p为压电陶瓷的伸缩系数;△V为加在压电陶瓷上的电压变化.实验材料有3种,分别为精抛光玻璃表面真空沉积的金膜、激光唱盘基片和小分子花生酸与高分子液晶     

船舶摩擦学的发展展望

 首先阐述了船舶摩擦学的定义及其内涵。船舶摩擦学涉及内摩擦和外摩擦的问题,前者主要包括船舶主机、辅机与推进轴系等机械装置及系统内各摩擦副之间产生的摩擦,而后者包括甲板上层建筑及货物与空气、艉轴外支架、船体壳板与水、船上作业人员与船舶甲板间的摩擦。其次,综合分析了船舶主动力机械设备、辅助机械设备、船体界面中的各种摩擦学研究进展,并提出了船舶摩擦学在船舶节能减排、延长船舶机械系统的使用寿命、提高船舶运行效率等方面的作用。最后,结合船舶摩擦学的研究现状和航运业的发展需求,对船舶摩擦学研究的发展趋势进行了展望。     

谈谈磨擦学研究中的若干哲学问题

摩擦学是一门古老而又新兴的高度综合交叉的工程先导性学科.实验研究发现摩擦过程能够形成自适应性的表层结构,但这种结构和典型的“耗散结构”又有所差别;摩擦系数和磨损率随摩擦副的工作条件具有明显的非线性变化和突变效应;大多数摩擦过程是不可逆的,但在特殊工况下表现出来的可逆性为我们设计减摩耐磨表层提供了可能.摩擦失效既有渐进性的,又有突发性的,而后者可以用动力系统稳定性理论来研究和表示.本文从技术哲学角度对上述现象进行了分析.     

双烷氧基单硫代磷酸酯基三嗪衍生物的合成及其作为菜籽油添加剂的摩擦学研究

合成了一系列双烷氧基单硫磷酸酯基三嗪衍生物—— 2, 4-双烷氧基-6-(O,O’-二烷基二硫代磷酸酯)基-s-1,3,5-均三嗪. 在四球摩擦磨损试验机上研究了它们作为菜籽油添加剂的摩擦学性能. 实验结果表明, 该类化合物具有良好的极压性能, 能提高菜籽油的抗磨减摩性能, 是一类性能良好的润滑油添加剂. 用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)仪分析了钢球磨损表面典型元素的化学状态, 结果表明, 在摩擦过程中, 钢球表面形成了一层含硫酸盐、磷酸盐无机膜和含氮的有机膜的复合膜, 这种复合膜是添加剂拥有良好摩擦学性能的主要原因.     

纳米摩擦学研究进展与存在问题

90年代国际上兴起的纳米科学技术被认为是面向21世纪的新科技,它是在0.1～100nm尺度上研究自然界现象中原子、分子行为与规律,以期在深化对客观世界认识的基础上,实现直接由人类按需要排布原子,制造出性能独特的产品.纳米科技的出现无疑是现代科学的重大突破,将深刻影响国民经济的未来发展,并由此派生出一系列的新学科。纳米摩擦学就是其中重要的分支。在纳米科技中,当前人们普遍关心和急需解决的理论与实践问题主要有:微材料特性、微观摩擦、磨损和润滑、微系统优化设计理论以及纳米级结构和制造工艺等。 现代机械科学的发展出现机电一体化、超精密化和微型化的趋势,许多高新技术装置如微电子设备、微型机器人、生物医疗器械和精密测试仪器等的摩擦副间隙常处于纳米量级。微型机械中因受到尺寸效应的影响,使表面粘着力、摩擦力和润滑膜粘滞力相对于传统机械中的体积力而言显得非常突出,微摩擦磨损和纳米薄膜润滑已成为关键问题,因此纳米摩擦学对现代机械的发展具有重要意义。     

几种聚合物材料在海水中的摩擦学行为

海洋摩擦学是一个正在发展中的新的摩擦学研究领域. 海水环境中摩擦学的研究对于海洋开发具有重要的意义. 研究了超高分子量聚乙烯、聚四氟乙烯以及聚苯酯/聚四氟乙烯、石墨/聚四氟乙烯和碳纤维/聚四氟乙烯复合材料在海水中分别与轴承钢(GCr15)和镍基合金(Ni-Cr-WC)对摩时的摩擦学行为, 并与纯水润滑下的情况做了比较. 结果显示: 影响5种聚合物材料在海水中摩擦学行为的主要因素是海水的腐蚀作用与润滑作用. 当聚合物材料在海水中与GCr15对摩时, 对摩面由于受到海水的腐蚀, 其表面粗糙度大幅增加, 这使得海水的润滑作用急剧下降, 而对偶的犁耕作用却极大增加. 因此, 5种材料在这种条件下的摩擦系数与磨损率远大于其他条件下的摩擦系数与磨损率. 这种依赖于介质对对偶表面腐蚀的磨损方式可以称之为间接腐蚀磨损. 由于海水具有比纯水更优异的润滑性能, Ni-Cr-WC具有比GCr15更佳的润湿性能, 因此在另外3种条件下5种材料的摩擦系数与磨损率以如下顺序递增: 海水中与Ni-Cr-WC对摩 < 纯水中与Ni-Cr-WC对摩 < 纯水中与GCr15对摩. 此外, 与其他材料相比, 碳纤维/聚四氟乙烯在纯水与海水中具有更优异的耐犁耕与磨损的能力, 它是一种潜在的非常适合于水相润滑的摩擦材料.     

量子格点系统的平衡时间尺度

平衡时间尺度问题是理解量子系统平衡化过程的一个重要的问题,此问题尚无一个广泛适用而又准确的解答.本文研究了量子格点系统的局域平衡时间尺度问题,通过平衡与纠缠熵的关系,给出一种新的平衡的判据,相对其他判据, Rényi熵的计算更简单,能与信息的传播相联系.对平衡时间上界,我们沿用观测上时间平均平衡这个判据.由于这个判据与观测对应,因此定义准确,但计算比较复杂.通过适当地假设系统的初始状态,我们给出了一个新的结果.由于对系统哈密顿量没有限制,此结果适用范围很广.此结果给出的平衡时间与具体观测相关,正比于能隙坐标下观测算符与初始密度矩阵乘积分布的二阶Rényi熵.当观测限于一个小区域时,平衡时间上界可被限制得很小.对于平衡时间下界,通过计算短程相互作用、指数衰减相互作用、长程相互作用系统的局域二阶Rényi熵变化率,我们给出了这些系统平衡时间新的下界.本文得到的平衡时间上下界对于理解量子系统平衡化具有重要意义.     

植物叶片提取物作为添加剂在铝-钢摩擦副下的摩擦学性能

为了验证植物叶片提取物作为环境友好型润滑油添加剂的摩擦学性能,提取球兰、大葱和茄子3种植物叶片表面蜡质作为考察对象.用MFT-R4000往复摩擦磨损试验机考察以PAO为基础油时,植物提取物作为添加剂在铝-钢摩擦副下的摩擦学性能,并采用扫描电子显微镜观察铝块磨斑的表面形貌.实验结果显示,不同润滑油添加剂显示了优异的抗磨减摩性能.摩擦系数大小顺序为:球兰茄子大葱Mo DTCPAO.抗磨性能大小顺序为:茄子球兰大葱PAOMo DTC.相比Mo DTC而言,3种植物添加剂表现出优良的抗磨和减摩性能.这可能与植物蜡质层含有醇、酯和酸等成分有关.扫描电子显微镜照片显示,与基础油磨斑相比,植物叶片提取物作为添加剂润滑的磨斑小且磨斑表面光滑.为了进一步研究植物添加剂的抗磨减摩机制,以茄子为例,通过对铝合金磨痕表面进行XPS分析,结果表明叶片提取物在磨斑表面可能以2 3Al O、乙二醇和丙三醇的复合物两种形式存在.3种植物叶片提取物在铝-钢摩擦系统中均具有良好的减摩抗磨性能,是有良好发展前景的环境友好型润滑油添加剂.     

基于摩擦学原理的磨床砂轮的选用

介绍了刀具磨损的形式、磨损过程及其原因,并且应用摩擦学原理阐述了砂轮的选用及修整.     

熵增加原理的发展及其应用

熵是克劳修斯(R.Clausius)于1854年首先引入的一个热力学状态函数,用来表述热力学第二定律即熵增加原理.二十世纪初,以第一、二、三定律为基础的热力学,已发展成为一门独立的学科——平衡态热力学(即所谓经典热力学).1945年以普利高津(I.Prigogine)为首的布鲁塞尔学派,在平衡态热力学的基础上开始建立了非平衡态热力学理论.首次把平衡态的熵增加原理发展为近平衡(即线性非平衡)情况下的最小熵产生定理,以及远离平衡(即非线性非平衡)情况下的超熵产生概念和耗散结构理论.非平衡态热力学理论的创立是近几十年来热力学发展史上的突破,它的应用远远超出了经典热力学的范围,不仅在非生物界,而且在生物界以及经济学、社会学等学科中的研究和应用都具有广阔的发展前景.     

仿生摩擦学研究及发展

在进化和生存竞争中, 生物形成了具有优异摩擦学性能的优化的结构设计、精巧的材料拓扑和多功能表面织构, 成为仿生摩擦学的楷模. 本文提出仿生摩擦学的定义和学科基础, 从流固界面的黏附与自清洁、生物脚掌与固体表面的黏附、生物表面磨损特性及仿生耐磨设计、流固界面的黏附及仿生等方面回顾了仿生摩擦学的研究和进展, 讨论了仿生摩擦学进一步发展存在的问题.     

计算机软盘表面摩擦学性能

介绍了计算机软盘摩擦学性能测试仪的总体结构和工作原理,仪器的加载精度１ｍＮ,摩擦力分辨率３＊１０＾－６Ｎ,磁头／磁盘的间隙分辨率０．５ｎｍ。针对软盘摩擦磨损问题,对６种软盘的摩擦系数进行测试,并对实验结果估季详细的分析。     

非平衡定态下吸附过程的热力学分析

从非平衡热力学理论出发,指出了有温差存在的非平衡吸附定态存在的可能性和所处的状态,分析得到了非平衡定态下体相和吸附相间的化学势差,并求出了相应的吸附熵和等量吸附热.计算了定态下吸附熵和等量吸附热相对平衡态的改变量,并与用平衡热力学计算得到的结果进行了比较.结果表明用非平衡热力学计算得到的吸附熵和等量吸附热的改变量不仅与温差还与吸附状态有关,而平衡热力学的结果只是温差的函数,与吸附状态无关.主要原因是把吸附和气体温度变化看作一个整体,考虑了两者间的影响,而平衡热力学方法则把定态吸附过程看作两个不相干的过程,未考虑两者间的影响.     

载流摩擦的研究现状与挑战*

载流摩擦问题是包含导电和摩擦磨损两个系统的多学科交叉问题,且两系统存在强烈的性能耦合和损伤耦合,伴生电弧是其最显著的特点。作者还介绍了载流摩擦的研究现状,并展望了其未来的研究重点。     

形色各异的摩擦磨损与润滑*

简述了摩擦学的形成与发展,简要介绍了常用润滑材料及其应用。随着环保意识增强和资源短缺,绿色润滑备受重视;合成油的可设计及可控性,为发展高性能润滑油脂提供了技术途径。固体润滑材料可用于解决高低温、高辐射、超高真空等苛刻环境和工况下的摩擦磨损问题,在以航空航天为代表的高技术领域发挥了不可替代的作用。随着现代工业的进步与发展,复杂工况对润滑材料的物理化学、润滑抗磨损、生物降解等性能不断提出新的挑战,相关研究工作任重而道远。