中国摩擦学研究和应用的重要进展

机械是人类生产和生活的基本要素之一,机械工程在整个技术体系中占有基础和核心地位。摩擦学是机械工程的重要研究领域之一,是研究作相对运动的相互作用表面及其相关实践的科学与技术,它既是一门以研究自然界普遍存在的摩擦、磨损、润滑现象为主要内容的普适性很强的基础学科,又是一门以节约资源、能源,提高效益为重要目标的实用性很强的应用学科。     

碳化铬金属陶瓷熔覆层的组织及性能研究

利用自蔓延高温合成（ＳＨＳ）熔铸技术将碳化铬的高温熔体铺展在平面样品的钢表面上，从而形成厚度为几毫米的熔覆层。为克服碳化铬与底材的润湿问题，采用与Ｆｅ有良好互溶性的Ｃｒ作为润湿功能层。在此基础上，使Ｃｒ－Ｃ合金层中的碳作阶梯改变，从而获得了梯度熔覆层结构，采用氮气加压（１００ＭＰａ）和预热工艺（３００℃）等措施，控制反应燃烧温度，改善熔体流动性，增大熔渣分离速度，有利于提高熔覆层表面平滑程度。以９５０℃盐水循环激冷实验评价熔覆层与底材结合强度。结果表明，循环次数大于４０次时仍未出现剥落迹象。研究认为，良好的结合强度来源于界面间强烈的治金作用以及梯度成分分布。     

聚合膜的摩擦磨损性能

通过在四球摩擦磨损试验机和ＭＨＫ５００环块摩擦磨损机上的试验表明,在不同的润滑油中加入可聚合单体,可以有效降低金属表面的摩擦磨损,使润滑油的抗极压和抗疲劳性能都有显著提高·通过付立叶红外光谱仪分析表明,由于摩擦表面生成原位聚合膜,使摩擦系数和磨损量显著降低·     

亚微米氮化钛粉末燃烧合成研究的理论分析

对氮化钛粉末的自蔓延高温还原合成过程进行了理论分析，热力学计算表明，反应最合适的温度范围为１４００～２０００Ｋ，这一温度可借ＭｇＯ稀释剂进行调节，使之达到抑制氮化镁副产物的形成和防止产物出现液相烧结的作用，从而获得粒径细小均匀的氮化钛合成粉末。动力学分析指出，在反应物中添加少量含氮化合物可以有效降低高氮压的临界条件。     

丝米级矩形沟槽表面的水滴融合过程

采用高速摄像技术测试丝米级矩形沟槽表面的水滴融合过程,分析了平行沟槽、垂直沟槽方向的2个等大、非等大水滴间的融合和振荡规律.试验中,采用壁面预埋针头法实现了预置静态水滴与缓慢生长的准静态水滴的融合.结果表明,水滴的融合过程包含融合、振荡2个阶段.在等大水滴间的融合过程中,当水滴平行于沟槽方向融合时,受到沟槽的引导作用,沿沟槽方向的水滴振荡剧烈并伴随接触线的往复移动;当水滴垂直于沟槽方向融合时,受到垂向肋间"能垒"的限制,垂直沟槽方向的水滴振荡较弱,且接触线位置无明显变化,但竖直方向的水滴振幅显著.在非等大水滴间融合时,小水滴被吸引到大水滴一侧,融合过程呈现出不对称性,且液桥高度峰值、融合时间及接触线长度均随两水滴总体积的增加而增大.     

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.     

沉淀法制备纳米ZrO2(Y2O3)析晶过程的研究

ZrO_2系陶瓷在结构陶瓷中占有重要地位。为了获得性能优异的ZrO_2陶瓷,须获得高纯,超细,少团聚以及结构可以控制的ZrO_2粉体。Srinivasan和沈志坚等人的研究认为,沉淀过程pH值影响了水合氧化锆凝胶的结构,进而影响了凝胶热分解后ZrO_2和Y_2O_3(MgO)-PSZ的相组成。戴健和仇海波等人的研究还表明通过控制沉淀过程pH值可以获得无团聚,甚至单球分散状的ZrO_2纳米粉。此外,韩利成等人的研究认为,残留Cl~-、NH_4~+离子使干凝胶中非架桥羟基数量增加,导致粉末产生硬团聚体。朱宣惠,Dole等人的研究认为,通过水洗去除Cl~-、NH_4~+离子,再经有机溶剂脱水减少表面张力,可以防止硬团聚的产生。可见在用液相沉淀法制备ZrO_2纳米粉时,沉淀过程的pH值以及NH_4Cl的存在(Cl~-、NH_4~+)对ZrO_2超细粉的相结构以及团聚状态都有重要影响。因此研究pH值,清洗工艺对其析晶过程的影响具有十分重要的意义。     

摩擦对PTFE非晶-结晶界面区自由体积的影响

<正>正电子湮没技术(PAT)是表征聚合物微观缺陷——自由体积的尺寸和浓度的灵敏的探针。近几年已在结晶聚合物结构-性能相互关系的研究中得到了应用。研究表明聚四氟乙烯(PTFE)及其复合材料的机械性能、热学性能、结构相变等均可通过其自由体积孔穴的变化表现出来,这充分说明了PTFE的微观缺陷是影响其宏观性能的主要原因之一。此外,对PTFE正电子寿命谱的解析也有了较明确的认识。PTFE作为一种重要的聚合物材料,具有优异的自润滑性和极高的化学稳定性,在摩擦学研究领域中获得了广泛的应用。但有关其自由体积孔穴性质与宏观摩擦学性能相互关系的研究尚未广泛开展。本文用正电子湮没寿命谱研究了微动和小往复摩擦后的非晶-结晶界面区PTFE自由体积尺寸和浓度变化,发现了摩擦造成的自由体积的连通和分离现象,也验证了摩擦的分层属性.     

C_(60)/C_(70)晶体摩擦相变的研究

笼形分子结构的富勒烯(C_(60)、C_(70)等)具有多种奇特的物理、化学性质,已成为材料科学研究的前沿课题.有人预言它可能具有一定的润滑性,是一种“密集型分子滚珠轴承”型润滑剂.但到目前为止,尚未有充足的实验证据.据报道,C_(60)及C_(70)在常温下沉积在不同底材上时构成不同的晶体结构,在金(Au)表面上为面心立方结构(a=14.2(?)),在玻璃表面为六角密堆积结构(a=10.05(?), c=16.41(?)).而且它们还有温度相变现象.Wragg还发现C_(60)/C_(70)混合富勒烯在石墨表面构成密堆积结构晶体.Guo等人指出其面心立方密堆积在能量上低于六角密堆积,因而相应稳定一些.     

三体磨损中材料塑性变形磨损的数值模拟

根据三体磨损是典型的随机过程这一特点，运用蒙特卡罗方法模拟在球形磨料的作用下，材料塑性变形磨损的磨损率。模型结合接触力学、低周疲劳损伤力学原理，计算了对不同金属材料进行配偶时被磨材料的磨损率。为了验证模拟的正确性，采用近似圆球形的石英砂磨料，在与模拟计算相同的实验条件下，进行了三体磨损实验。结果表明，实验与模拟数据符合较好。