摩擦學(xué)發(fā)展概況綜述

摩擦學(xué)開展概況綜述姓名：XXX學(xué)號(hào)：XXX日期：2016年5月

目錄1.引言 22.近年來我國摩擦學(xué)開展的重要成就 22.1摩擦學(xué)教育 32.2摩擦學(xué)研究 33.現(xiàn)代摩擦學(xué)的開展 44.70~90年代摩擦學(xué)的主要研究內(nèi)容 54.1磨損研究 54.2流體動(dòng)壓軸承 54.3流體靜壓支承和動(dòng)靜壓支承 54.4彈性流體動(dòng)壓潤滑 64.5固體潤滑材料 64.6潤滑油脂材料 64.7摩擦學(xué)測試技術(shù)及共況檢測 65.90年代后至今摩擦學(xué)的開展方向 66.工業(yè)界的摩擦學(xué)研究 77.摩擦學(xué)工業(yè)應(yīng)用舉例 88對摩擦學(xué)在我國國民經(jīng)濟(jì)中的重要作用的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí) 99.摩擦學(xué)面臨的挑戰(zhàn) 910.結(jié)束語. 10摘要：本文簡要介紹了摩擦學(xué)的開展歷史、研究內(nèi)容及其在機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用,并提出了當(dāng)今摩擦學(xué)的主要開展方向?；貞浟宋覈Σ翆W(xué)開展的歷程,綜述了近年來我國摩擦學(xué)開展的重要成就,分析了摩擦學(xué)在我國國民經(jīng)濟(jì)開展中的重要作用,強(qiáng)調(diào)了節(jié)能、節(jié)資應(yīng)該是摩擦學(xué)應(yīng)用研究的主要開展方向。摩擦學(xué)在解決我國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)開展中所面臨的資源、能源、環(huán)境問題中具有重要的戰(zhàn)略地位,對我國建設(shè)可持續(xù)開展的資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì),對國家平安、公眾健康和高新技術(shù)的開展都具有重要作用。顯然,國內(nèi)面臨的嚴(yán)峻形勢需要我國摩擦學(xué)的開展,并賦予它新的歷史使命,即摩擦學(xué)除了繼續(xù)發(fā)揮它對高新技術(shù)和許多科技與工程領(lǐng)域的技術(shù)支撐作用之外,還應(yīng)成為節(jié)約資源、能源,保護(hù)生態(tài)環(huán)境,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)與自然生態(tài)、環(huán)境資源協(xié)調(diào)開展的一支重要力量。1.引言按照當(dāng)今的概念,摩擦學(xué)是研究作相對運(yùn)動(dòng)的相互作用外表及其有關(guān)實(shí)踐的科學(xué)與技術(shù),以摩擦、磨損和潤滑為主要研究內(nèi)容。根據(jù)這個(gè)概念,遠(yuǎn)古時(shí)代的鉆木取火技術(shù)應(yīng)該是比擬早的摩擦學(xué)技術(shù),在公元前幾千年的制陶工具———陶輪中人們就已經(jīng)開始使用軸承;戰(zhàn)車的使用也可以追溯到夏代。詩經(jīng)里的“載脂載轄,還車言邁”是我國早期使用潤滑脂的文字記載,說明最晚在2500年前人們就已經(jīng)開始普遍使用潤滑劑了。我國摩擦學(xué)技術(shù)的早期研究有著悠久的歷史。摩擦學(xué)(Tribolgy)一詞是在1966年以后才開始使用并收入在牛津大學(xué)出版社出版的牛津英語詞典中,這個(gè)新詞是英國HPeterJost先生于1966年3月9日首先提出的。摩擦學(xué)包括摩擦、磨損與潤滑。摩擦學(xué)被定義為“研究相對運(yùn)動(dòng)的相互作用的外表的有關(guān)理論與實(shí)踐的一門科學(xué)與技術(shù)”。摩擦學(xué)是當(dāng)今國際上研究十分活潑和受到各國普遍重視的交叉學(xué)科領(lǐng)域。摩擦學(xué)涉及材料科學(xué)、外表工程、流體力學(xué)、化學(xué)、物理及機(jī)械工程等學(xué)科。目前,摩擦學(xué)的研究不僅存在于機(jī)械系統(tǒng)中,而且存在許多領(lǐng)域中,如計(jì)算機(jī)工業(yè)中的磁性信息儲(chǔ)存器、核反響堆中的摩擦學(xué)問題、醫(yī)療工程中的生物摩擦學(xué)等。由于過去沒有摩擦學(xué)的概念,各項(xiàng)研究工作都是在自然形成的各自的技術(shù)領(lǐng)域(如摩擦、磨損、潤滑)中進(jìn)行的,摩擦學(xué)科學(xué)研究進(jìn)展緩慢。直到1966年,以HPJost博士為首的專家小組,提出了著名的《英國教育科研部關(guān)于摩擦學(xué)教育和研究的報(bào)告》(Jost報(bào)告)。該報(bào)告提出了“摩擦學(xué)”這樣一個(gè)學(xué)科術(shù)語,它把摩擦、磨損、潤滑及其相互作用的外表科學(xué)聯(lián)系起來。摩擦學(xué)的提出對于促進(jìn)該學(xué)科領(lǐng)域的開展具有十分重要的意義。2.近年來我國摩擦學(xué)開展的重要成就2006年中國工程院專門立項(xiàng)進(jìn)行了《摩擦學(xué)科學(xué)與工程應(yīng)用現(xiàn)狀與開展戰(zhàn)略研究》。工程由徐匡迪院長擔(dān)任參謀,機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)部副主任張彥仲院士任組長,謝友柏、薛群基、徐濱士院士任副組長,來自全國各高等院校、研究院所、大型企業(yè)和軍事部門的33個(gè)單位的15位院士、63名專家直接參加了調(diào)研工作,另有200余位各個(gè)行業(yè)的摩擦學(xué)專家教授、工程技術(shù)和管理人員協(xié)助參加了調(diào)研工作。工程組按照調(diào)研對象(行業(yè))成立了冶金、能源化工、機(jī)車、汽車、航空航天、船舶、軍事裝備和農(nóng)業(yè)裝備等8個(gè)課題組,結(jié)合我國實(shí)際,采用面上調(diào)查和典型事例相結(jié)合的方法,選擇了假設(shè)干有代表性、專業(yè)人員根底較好、統(tǒng)計(jì)資料較完整的企業(yè),通過問卷調(diào)查、組織座談和專題討論,以及深入現(xiàn)場收集資料等多種方式開展了調(diào)研工作。根據(jù)調(diào)查結(jié)果可以認(rèn)為,20年來我國在摩擦學(xué)教育、科研和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域取得了許多重要成果。2.1摩擦學(xué)教育自從20世紀(jì)80年代我國摩擦學(xué)學(xué)科正式確立以來,廣闊的摩擦學(xué)科技工作者非常重視摩擦學(xué)教育和普及,在摩擦學(xué)教育領(lǐng)域取得了豐碩成果。其主要成果可以用“一個(gè)教學(xué)體系、一支教師隊(duì)伍、一套科教著作、一批高水平人才”的“四個(gè)一”來描述。經(jīng)過20多年的努力,我國已經(jīng)初步建立了一個(gè)摩擦學(xué)教育教學(xué)體系。根據(jù)調(diào)查結(jié)果,我國大專院校在2001—2005年間大約平均每年招收培養(yǎng)與摩擦學(xué)有關(guān)的博士研究生115人,碩士研究生338人,本專科生2019人。這個(gè)數(shù)字相對于全國400多個(gè)二級(jí)學(xué)科專業(yè)來說,大約相當(dāng)于一個(gè)中小型二級(jí)學(xué)科專業(yè)的招生人數(shù)。我國摩擦學(xué)師資隊(duì)伍中大約有教授200人,副教授116人,講師和其他人員45人,總數(shù)約361人。這支隊(duì)伍中凝聚了我國摩擦學(xué)教學(xué)科研的高水平人才,是我國摩擦學(xué)學(xué)科開展的先鋒隊(duì)。在教材建設(shè)方面,1985年以前,我國只有兩本正式出版的自編摩擦學(xué)教材。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),從1998—2006年,我國摩擦學(xué)工作者共編輯并正式出版摩擦學(xué)方面的教材和教學(xué)參考書30余本,其中英文教學(xué)參考書兩部。溫詩鑄院士主編的《摩擦學(xué)原理》屢次再版并獲得全國科技圖書獎(jiǎng)。張嗣偉教授編著的《橡膠摩擦學(xué)》被國際著名出版社ELSEVIER以英文出版。這些科技著作和教材必將為開展摩擦學(xué)教育教學(xué)活動(dòng)發(fā)揮重要作用。根據(jù)對近12年來在《潤滑與密封》和《摩擦學(xué)學(xué)報(bào)》兩大主要摩擦學(xué)專業(yè)刊物上發(fā)表論文的人數(shù)和篇數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析,我們可以大體上得到我國從事摩擦學(xué)教學(xué)和科研的專業(yè)隊(duì)伍情況:近十年來曾經(jīng)參與過摩擦學(xué)研究的人員大約在5000人以上,能比擬穩(wěn)定地從事摩擦學(xué)專業(yè)研究,平均3年發(fā)表一篇論文的專業(yè)研究人員大約為600人,平均每年發(fā)表一項(xiàng)以上研究成果的專業(yè)核心研究人員約為100人。這些數(shù)據(jù)說明我國20年來開展摩擦學(xué)教育的成績是顯著的,它為我國進(jìn)一步開展摩擦學(xué)研究和應(yīng)用造就了一支骨干隊(duì)伍。特別可喜的是,這支隊(duì)伍中有一批中青年科技精英,其中有國家杰出青年基金獲得者8人。這一個(gè)教學(xué)體系、一支教師隊(duì)伍、一套科教著作和一批高水平人才為我國摩擦學(xué)學(xué)科開展奠定了根底,特別是這一批高水平人才必將在我國建設(shè)節(jié)約型社會(huì)、推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和走新型工業(yè)化道路的進(jìn)程中發(fā)揮重要作用。2.2摩擦學(xué)研究1986年全國摩擦學(xué)工業(yè)調(diào)查后,政府有關(guān)部門和學(xué)術(shù)界對開展摩擦學(xué)的重大意義有了更加深刻的認(rèn)識(shí)?？萍疾?、國防科工委、中國人民解放軍總裝備部等對摩擦學(xué)研究給予了很大支持。摩擦學(xué)研究機(jī)構(gòu)有了跨越性開展,先后以清華大學(xué)為依托建立了摩擦學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,以蘭州化物所為依托建立了固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。以清華大學(xué)、西安交通大學(xué)為代的高校學(xué)術(shù)隊(duì)伍,以蘭州化物所為代表的科研隊(duì)伍和以原機(jī)械工業(yè)部有關(guān)院所、石油化工研究院為代表的技術(shù)開發(fā)隊(duì)伍初步形成了一支比擬完整的摩擦學(xué)研究隊(duì)伍。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),我國現(xiàn)有摩擦學(xué)研究所(中心)26個(gè),摩擦學(xué)研究室大約100個(gè)。我國摩擦學(xué)研究的根底性研究經(jīng)費(fèi)主要來自國家自然科學(xué)基金委員會(huì)。1986—2004年國家自然科學(xué)基金委員會(huì)工程與材料科學(xué)部資助與摩擦學(xué)相關(guān)的研究共計(jì)335項(xiàng),資助總經(jīng)費(fèi)計(jì)5731.51萬元。除上面工程外,國家自然科學(xué)基金委員會(huì)還資助杰出青年基金8項(xiàng),優(yōu)秀創(chuàng)新研究群體3項(xiàng),重點(diǎn)工程11項(xiàng)。近年來,我國摩擦學(xué)及其相關(guān)領(lǐng)域的根底研究既瞄準(zhǔn)了科學(xué)前沿,又面向國家重大裝備和工程的需求,大大促進(jìn)了摩擦學(xué)和相關(guān)學(xué)科的開展,同時(shí)又解決了我國國民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)開展和國家平安中出現(xiàn)的許多重要的摩擦學(xué)技術(shù)問題,使我國摩擦學(xué)的理論與應(yīng)用技術(shù)在國際上占有重要位置。例如受國家自然科學(xué)基金連續(xù)資助的清華大學(xué)摩擦學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在薄膜潤滑和納米摩擦學(xué)理論與技術(shù),中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在空間和固體潤滑理論、技術(shù)及其應(yīng)用,西南交通大學(xué)牽引動(dòng)力國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在輪軌波浪磨損、接觸疲勞與微動(dòng)磨損的理論與實(shí)驗(yàn),吉林大學(xué)在生物脫附、減磨原理以及地面機(jī)械脫附仿生理論與技術(shù)等領(lǐng)域的研究成果在國際上產(chǎn)生了較大影響。我國摩擦學(xué)研究,一方面在研究中得到不斷開展和完善,同時(shí)又涌現(xiàn)出了為摩擦學(xué)的開展做出了重要奉獻(xiàn)的數(shù)名院士和一批優(yōu)秀的青年學(xué)者。摩擦學(xué)已成為21世紀(jì)初我國機(jī)械工程學(xué)科在國際上最具影響的學(xué)科之一。1991年以來,摩擦學(xué)研究領(lǐng)域獲得的國家三大科技獎(jiǎng)項(xiàng),計(jì)有12項(xiàng)。3.現(xiàn)代摩擦學(xué)的開展人們很早就會(huì)利用滾動(dòng)摩擦,但對于滾動(dòng)摩擦的實(shí)驗(yàn)研究及理論研究都很不夠。滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)可分成三種根本滾動(dòng)形式,其外表作用與摩擦機(jī)理各不同。有:自由滾動(dòng);具有牽引力的滾動(dòng);伴隨著滑動(dòng)的滾動(dòng)。滾動(dòng)摩擦阻力主要由以下四種因素形成:1)塑性變形;2)彈性滯后;3)微觀滑動(dòng);4)粘著效應(yīng)。自50年代來,滾動(dòng)摩擦理論為:彈塑性固體的滾動(dòng)阻力主要?dú)w因于固體接觸過程中的變形損失及滯后損失。滾動(dòng)阻力的大小主要取決于以下四個(gè)方面:1)滾動(dòng)的類型及受力方式:2)滾動(dòng)副的彈塑性性質(zhì)(如彈性摸量,屈服點(diǎn));3)負(fù)載大小;4)兩物體的大小、形狀及相互配置關(guān)系。另外,滾動(dòng)阻力一般隨負(fù)載的增加而增大,隨滾動(dòng)半徑的增大而減小,但不一定成線性關(guān)系。在中國摩擦學(xué)開展歷程中,特別值得紀(jì)念的是第一次全國摩擦學(xué)學(xué)術(shù)大會(huì)。1962年10月15日—20日在蘭州由中國科學(xué)院技術(shù)科學(xué)部和中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)聯(lián)合舉辦了“第一次全國摩擦、磨損和潤滑研究工作報(bào)告會(huì)議”。會(huì)議收到論文51篇,有96個(gè)單位的160多名專家參加了會(huì)議,分3個(gè)小組宣讀和研討了28篇學(xué)術(shù)論文及5個(gè)專題報(bào)告。會(huì)上還建議在中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)下籌備成立摩擦、磨損與潤滑學(xué)會(huì)。1979年3月18—25日中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)在廣州主持召開了“第二次全國摩擦磨損潤滑學(xué)術(shù)會(huì)議”,會(huì)議期間成立了“中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)摩擦磨損潤滑學(xué)會(huì)”,選出了由42名科學(xué)技術(shù)工作者組成的第一屆理事會(huì)。與會(huì)代表溝通了情況,提高了認(rèn)識(shí),研究、提出了包括科研、教育、培訓(xùn)等內(nèi)容的中國摩擦學(xué)開展的策略?！澳Σ聊p潤滑學(xué)會(huì)”經(jīng)過將近兩年的學(xué)術(shù)討論之后,在1980年11月于蘇州召開的第一屆理事擴(kuò)大會(huì)上,全體同意將本學(xué)會(huì)名稱正式定名為“摩擦學(xué)學(xué)會(huì)”。我國20世紀(jì)80年代的摩擦學(xué)工業(yè)應(yīng)用調(diào)查對摩擦學(xué)的開展具有重要的影響。這次調(diào)查從1982年3月在北京召開的“摩擦學(xué)工業(yè)調(diào)查座談會(huì)”開始,通過1982年8月的蘭州會(huì)議、1983年7月的安徽會(huì)議、1983年9月的大慶摩擦學(xué)工業(yè)調(diào)查現(xiàn)場座談會(huì)、1984年10月的鎮(zhèn)海座談會(huì)和1985年12月的廈門“全國摩擦學(xué)工業(yè)應(yīng)用技術(shù)交流會(huì)”等6次會(huì)議,參加調(diào)查的人數(shù)達(dá)5000人以上。調(diào)查的直接收獲是得出了在中國應(yīng)用摩擦學(xué)技術(shù)可能獲得的潛在經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)較為客觀的估計(jì)。這個(gè)估計(jì)數(shù)值是根據(jù)各個(gè)行業(yè)提供的應(yīng)用案例或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)測算來的。根據(jù)比擬有說服力的各行業(yè)調(diào)查報(bào)告的測算結(jié)果:冶金行業(yè)節(jié)約為2.8～4.4億元,石油行業(yè)約為2.8億元,煤炭行業(yè)為3～4億元,鐵道運(yùn)輸業(yè)為3～4億元,農(nóng)機(jī)行業(yè)約20億元,交通運(yùn)輸(汽車)行業(yè)約為5億元?！案鶕?jù)我國對冶金、石油、煤炭、鐵道運(yùn)輸、機(jī)械5大行業(yè)的調(diào)查,經(jīng)過初步統(tǒng)計(jì)和測算,應(yīng)用已有的摩擦學(xué)知識(shí),每年可以節(jié)約37.8億元左右,約占這5個(gè)行業(yè)1984年`可計(jì)算局部'生產(chǎn)總值的2.5%左右”。這局部產(chǎn)值相當(dāng)于1984年工業(yè)總產(chǎn)值的20%,按此比例推算,1984年我國應(yīng)用摩擦學(xué)可節(jié)約的潛力為176.4億元,約占國民總產(chǎn)值的1.37%。進(jìn)一步推算到2000年,應(yīng)用摩擦學(xué)技術(shù)在工礦企業(yè)中的節(jié)約潛力約為400億元。根據(jù)石油、冶金、煤炭等有關(guān)企業(yè)估計(jì),要獲得這些經(jīng)濟(jì)效益估算投資效益比大約為1∶50。這次調(diào)查的意義不僅僅在于它第一次給出了中國開展摩擦學(xué)研究、教育和應(yīng)用活動(dòng)的經(jīng)濟(jì)效益估計(jì),也不僅僅在于它第一次發(fā)動(dòng)了那么多企業(yè)和技術(shù)人員參加,更重要的是,它使眾多的企業(yè)和廣闊的技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到了摩擦學(xué)應(yīng)用的重要性,極大地促進(jìn)了摩擦學(xué)技術(shù)的應(yīng)用,對其后的摩擦學(xué)開展起到了重要的推動(dòng)作用。4.70~90年代摩擦學(xué)的主要研究內(nèi)容4.1磨損研究通過對磨損狀態(tài)和磨損微粒的分析及對磨損過程的深入研究,出現(xiàn)許多磨損機(jī)理研究。早期有粘著磨損理論,磨料磨損理論和疲勞磨損理論。近代有磨損的剝層理論,此理論是由美國的SUH提出的,它是以位錯(cuò)理論以及靠近外表金屬的斷裂和塑性變形為根底的。通過掃描電子顯微鏡的照片分析說明,磨損碎片的形狀為薄而長的層狀結(jié)構(gòu)是由于外表下裂紋生長的結(jié)果.磨損、腐蝕與斷裂是機(jī)械零件損壞失效的三大主要原因,在摩擦學(xué)中對磨損的研究占有較重要的地位。磨損機(jī)理和影響因素1)磨損機(jī)理的根底研究,如摩擦外表分析、次表層結(jié)構(gòu)和應(yīng)力以及外表疲勞機(jī)理分析等;2)工程研究,如開發(fā)新型耐磨、減摩材料和磨損實(shí)驗(yàn)方法等。在磨損機(jī)理的研究上,已有不少學(xué)者提出了眾多的理論如微觀切削理論、原子轉(zhuǎn)移理論、粘附失效理論、疲勞失效理論、剝層失效理論、能量理論等,所有的摩擦磨損理論還存在一些不完善的地方,沒有全面的、綜合的、統(tǒng)一的概念。由這些理論選用相應(yīng)的磨損模型,加上統(tǒng)計(jì)分析法等來分析和評(píng)價(jià)機(jī)械零件的耐磨性。從國外磨損機(jī)理研究可看到,當(dāng)前摩擦學(xué)研究已經(jīng)進(jìn)入一個(gè)新的階段,即采用微觀、外表分析儀器來觀察外表形態(tài)的瞬間變化和外表化學(xué)成分的變化;采用先進(jìn)數(shù)據(jù)處理設(shè)備,處理實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)。在開發(fā)新型耐磨、減摩材料方面,金屬玻璃、聚合物復(fù)合材料、橡膠和陶瓷得到很大開展。各種新型外表處理工藝如涂敷、刷鍍、離子注入、離子敷涂、離子濺鍍、外表速熔、電子束熔化、激光外表熔化等工藝得到快速開展。在摩阻方面經(jīng)歷了三個(gè)開展階段,即天然材料~合成材料~多種材料復(fù)合。4.2流體動(dòng)壓軸承流體動(dòng)壓軸承的研究己有一個(gè)世紀(jì),根本理論己相當(dāng)成熟,然而由于機(jī)械設(shè)備向超大型化、自動(dòng)化、高精度和高參數(shù)運(yùn)行開展,需要相應(yīng)的軸承。1)新型結(jié)構(gòu)或特殊用途軸承。2)軸承計(jì)算中考慮慣性、紊流、熱效應(yīng)及外表粗糙度、彈性變形、軸頸歪斜等影響。3)改善軸承動(dòng)態(tài)特性和可靠性。4)應(yīng)用有限元法、有限差分法、變分直接法和電子計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等提高計(jì)算精確度。4.3流體靜壓支承和動(dòng)靜壓支承流體靜壓支承已作為一種成熟技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)床和各種機(jī)械、精密儀器中,具有回轉(zhuǎn)精度高、抗振性好、摩擦阻力小、能耗低、使用壽命長等特性。其開展有以下幾方面:1)從一般結(jié)構(gòu)形式的靜壓支承到特殊結(jié)構(gòu)形式的靜壓支承;2)從靜壓支承的原理與結(jié)構(gòu)上增加節(jié)能措施;3)提高支承動(dòng)態(tài)特性和運(yùn)轉(zhuǎn)精度;4)使用差分法、有限元法及電子計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)計(jì)算測試及處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);5)支承的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。4.4彈性流體動(dòng)壓潤滑有關(guān)光滑外表的彈流潤滑理論,尤其是等溫狀態(tài)下膜厚與膜壓計(jì)算已較成熟。在彈流潤滑理論研究中,局部膜彈流和微彈流有了很大開展。而粗糙外表的彈流潤滑理論4.5固體潤滑材料隨著現(xiàn)代技術(shù)的開展,愈來愈多的機(jī)械需要在無油或少油潤滑條件下工作,解決此類問題的關(guān)鍵是研究和應(yīng)用固體潤滑材料。特別是那些在特殊共況下工作的機(jī)械,對固體潤滑材料的承載能力、壽命及環(huán)境適應(yīng)能力有更高的要求。摩擦副的高溫工作狀態(tài)對固體潤滑材料提出了更高要求。4.6潤滑油脂材料我國潤滑油脂材料開展快,生產(chǎn)形成規(guī)模。但科研水平與國外先進(jìn)水平相比有差距。4.7摩擦學(xué)測試技術(shù)及共況檢測常用的工況檢測技術(shù)有光譜分析、鐵譜、放射性同位素測量技術(shù)、污染度自動(dòng)計(jì)算分析儀等。5.90年代后至今摩擦學(xué)的開展方向1997年9月8日至12日,在英國倫敦召開了第一屆世界摩擦學(xué)大會(huì)。這次大會(huì)是自從摩擦學(xué)這門新學(xué)科在1966年創(chuàng)立后,第一次在世界范圍內(nèi)召開的規(guī)模空前的盛會(huì)。會(huì)議探討了當(dāng)今摩擦學(xué)的開展方向。1)潤滑和磨損仍是當(dāng)今摩擦學(xué)研究的兩大主題,但更注重工業(yè)應(yīng)用。在潤滑研究方面,主要涉及彈性流體動(dòng)力薄膜和邊界膜,厚流體膜軸承,轉(zhuǎn)子軸承,固體潤滑及汽車發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑等。在磨損研究方面,主要涉及外表接觸力學(xué)、金屬系統(tǒng)、陶瓷系統(tǒng)和高分子材料系統(tǒng)磨損。2)外表工程的研究是當(dāng)前摩擦學(xué)的重要領(lǐng)域。外表工程是摩擦學(xué)研究的根底,因摩擦、磨損和潤滑一般都發(fā)生在相對運(yùn)動(dòng)的摩擦外表上,因此了解和研究摩擦外表形態(tài)、接觸過程、提高外表耐磨性的工藝方法和外表抗摩減磨材料的使用技術(shù)等,均是外表工程研究的主要內(nèi)容,也是當(dāng)前國際摩擦學(xué)研究的重點(diǎn)之一。分以下幾個(gè)內(nèi)容:a)外表耐磨涂層技術(shù)開展。如CvD化學(xué)氣相沉積法,yPD物理氣相沉積法及離子注入技術(shù)法可制得厚度只有幾個(gè)亞微米(納米級(jí))但硬度極高的外表涂層。b)外表高分子抗摩耐磨材料。為滿足高精度大型機(jī)床開展的需要,德國率先在國際上成功開發(fā)了低摩擦系數(shù)、高耐磨性、無爬行和高強(qiáng)度的環(huán)氧涂層材料,解決了機(jī)床在重載低速運(yùn)行下的爬行問題。這種外表抗摩涂層是由高分子化合物環(huán)氧樹脂及高性能的填料組成。另一類外表高分子抗摩材料是以美國震板公司開發(fā)的用于滑動(dòng)外表的高分子抗摩軟帶。它是以聚四氟乙烯為基添加不同填料所成的高分子復(fù)合材料。c)激光外表的改性技術(shù)。激光技術(shù)是本世紀(jì)60年代出現(xiàn)的重大科學(xué)成就之一。經(jīng)過了30年的開展,’已成為一項(xiàng)重要的金屬外表強(qiáng)化技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是:加熱速度快,無需淬火介質(zhì):可對工件選擇性處理,變形小,可在廉價(jià)材料外表取得摩擦學(xué)性能優(yōu)異的合金層。按激光密度由小到大順序分為:激光相變硬化、激光包覆、激光合金化、激光上釉和激光沖擊強(qiáng)化等。據(jù)報(bào)道,激光熱處理后其材料外表硬度可達(dá)110OVH。3)摩擦學(xué)系統(tǒng)工況檢測及故障診斷技術(shù)工況檢測技術(shù)在40年代從航空工業(yè)開始迅速擴(kuò)展應(yīng)用到機(jī)械工業(yè)、鐵路機(jī)床、船舶、采礦冶金及化工等許多部門。鐵譜技術(shù)是70年代初開展起來的一種機(jī)器磨損狀態(tài)檢測和故障診斷技術(shù)。隨著電子計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用于狀態(tài)檢測與故障診斷,各不同的檢測方法已逐步形成一個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)檢測技術(shù)體系,不僅應(yīng)用在機(jī)械設(shè)備故障診斷中,而且形成摩擦學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)檢測與故障診斷技術(shù)。按磨屑磁性沉淀原理設(shè)計(jì)的鐵譜儀目前有幾種類型:直讀式、分析式、旋轉(zhuǎn)式及在線式。4)磁記錄系統(tǒng)摩擦學(xué)研究是微觀摩擦學(xué)領(lǐng)域的熱門課題。近巧年來,微觀摩擦學(xué)研究在許多國家已逐步深入,并取得很大進(jìn)展。微觀摩擦學(xué)(Miintirbolog卯或稱納米級(jí)摩擦學(xué)(Nan。一tirboogy)近年來在國際上引起廣泛興趣,因?yàn)樗鼘ΜF(xiàn)代磁記錄系統(tǒng)的開展起了重要作用。納米摩擦學(xué)是研究納米尺度(1一10mn)的超薄膜的摩擦學(xué)行為。納米尺是介于原子、分子與宏觀物體間尚未被充分認(rèn)識(shí)的新領(lǐng)域。常用磁盤保護(hù)層厚度20一30lnn。專家預(yù)測,隨著高新技術(shù)開展,這層保護(hù)膜厚度可減小到10二或更薄。5.研究摩擦學(xué)對機(jī)械工業(yè)的重要意義摩擦學(xué)是一門應(yīng)用科學(xué),在國外開展很快.摩擦學(xué)研究成果對于提高機(jī)械設(shè)備運(yùn)行可靠性、延長使用壽命、減少事故發(fā)生及節(jié)約能源和原材料消耗等方面己取得很大經(jīng)濟(jì)效益。摩擦學(xué)是一門研究作相對運(yùn)動(dòng)的相互作用的對偶外表的理論和應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。也就是研究各種機(jī)械設(shè)備普遍使用的運(yùn)動(dòng)副如軸承、齒輪副、蝸輪蝸桿副、絲杠螺母副、傳動(dòng)鏈或皮帶、滑動(dòng)導(dǎo)軌副、缸套活塞環(huán)、犁燁、斗齒、釬套、紡錠等等在相對運(yùn)動(dòng)時(shí)接觸外表的摩擦磨損與潤滑問題。摩擦過程,其實(shí)也是能源損耗過程,因此減少摩擦和由于摩擦而造成的磨損也就是減少能源損耗。潤滑是降低摩擦,減少磨損,節(jié)約能源和大幅度提高經(jīng)濟(jì)效益的重要措施.眾所周知,世界上目前能量的平均有效使用率不超過60%,也就是說有1/3~1/2能量是在傳遞過程中消耗在克服摩擦上,同時(shí)還使零件外表產(chǎn)生磨損。機(jī)器的零部件因摩擦磨損導(dǎo)致失效而必須更新或修理的,約占部件總數(shù)的60一8%0。為了修復(fù)和更換已磨損的零配件,又要花費(fèi)大量能量、材料和人力。從國外報(bào)告可知,開展摩擦學(xué)科研與教育培訓(xùn),采用優(yōu)化的機(jī)械設(shè)計(jì),適當(dāng)進(jìn)行潤滑,降低摩擦,提高產(chǎn)品效率、可靠性和質(zhì)量,延長產(chǎn)品使用壽命,就可以節(jié)約能源,減少外表磨損,從而減少零配件消耗能量和維修工作量,得到最大經(jīng)濟(jì)效益.從英美等國的調(diào)查報(bào)告所列舉的數(shù)字可看到,充分運(yùn)用已有的摩擦學(xué)知識(shí),可使該國工業(yè)所節(jié)約的費(fèi)用,相當(dāng)于國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的1%。6.工業(yè)界的摩擦學(xué)研究英國工業(yè)界的摩擦學(xué)研究很廣泛,其特點(diǎn)是與學(xué)術(shù)界有很密切的聯(lián)系。具有代表性的單位有以下幾個(gè):(1)Jost摩擦學(xué)技術(shù)研究所:2003年8月成立于中蘭開夏大學(xué)技術(shù)系,主要開展與工業(yè)有關(guān)的研究與教學(xué)以及技術(shù)轉(zhuǎn)移工作。(2)Unilever公司:它有重大的摩擦學(xué)研究方案用于支持大量的食品以及家庭與個(gè)人護(hù)理的產(chǎn)品。該公司有員工23萬,每年用于研發(fā)的費(fèi)用約10億英鎊(相當(dāng)于營業(yè)額的2.5%)。用于改善產(chǎn)品質(zhì)量的摩擦學(xué)研究主要在兩個(gè)研發(fā)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。近幾年來進(jìn)行的摩擦學(xué)研究有:牙齒磨損,牙刷的磨粒磨損以及與進(jìn)食食物口感有關(guān)的水溶液聚合物的流體潤滑等。(3)國家摩擦學(xué)中心(NCT):它是AEA技術(shù)公司的一局部。其研究活動(dòng)由工業(yè)界或政府資助,摩擦學(xué)研究主要有:空間摩擦學(xué)(真空環(huán)境下的高溫潤滑、低溫摩擦學(xué)),軸承(用聚合物軸承取代金屬軸承的新軸承設(shè)計(jì)研究),外表工程(富勒烯納米顆粒涂層的研究,新型固體潤滑涂層的開發(fā),低粘附界面的研究,聚合物的粘滑行為),微觀摩擦測量儀,輪軌摩擦學(xué)。(4)國家物理實(shí)驗(yàn)室(NPL)材料中心。與摩擦學(xué)有關(guān)的工作涉及表征外表機(jī)械性能測量方法的開發(fā)與認(rèn)證,包括摩擦學(xué)測試方法的開發(fā),以及外表工程和涂層材料機(jī)械性能的測量等。他們的主要研究活動(dòng)是圍繞一項(xiàng)由英國貿(mào)易和工業(yè)部(CDI)與英國工業(yè)界聯(lián)合資助的3年研究方案。近期的研究工程包括:在與工業(yè)相應(yīng)條件下的材料與涂層的磨損,薄涂層特性的測量,硬材料的外表性能等。7.摩擦學(xué)工業(yè)應(yīng)用舉例應(yīng)該肯定,我國在摩擦學(xué)工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)取得了巨大成就。但由于摩擦學(xué)帶來的效益涉及國民經(jīng)濟(jì)的方方面面,要給出一個(gè)全面的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)卻不是一件容易的事情。這里僅列舉幾個(gè)例子進(jìn)行說明。摩擦學(xué)在汽車行業(yè)發(fā)揮了非常重要的作用。近20年來,汽車潤滑劑更新了5代。1987年前我國汽油機(jī)油86.3%是SB級(jí)的[9],2005年我國轎車用潤滑油中SF及其以上等級(jí)的潤滑油已經(jīng)占據(jù)了81%[10]。這種變革使?jié)櫥偷目寡趸?、抗磨損性和抗腐蝕性有了很大提高,提高了汽車的壽命和可靠性,降低了維修本錢。在這20年中,多級(jí)潤滑油從無到有,至今已經(jīng)普遍取代了單級(jí)油。僅就潤滑油帶來的汽車節(jié)省燃料油一項(xiàng),按我國2005年汽油消耗4076萬t,車用柴油消耗9274萬t,以現(xiàn)代潤滑劑比80年代的SB潤滑劑節(jié)能10%計(jì)算,每年可以節(jié)約燃料油1300萬t以上,節(jié)約資金在500億元以上。如果加上維修費(fèi)用的降低和壽命提高帶來的效益,那么這個(gè)數(shù)字還要大得多?，F(xiàn)代潤滑油的更重要的作用是減少了汽車排放。如英國專家IanTailor所言:“事實(shí)上典型的現(xiàn)代交通工具的排放已經(jīng)降低到60年代產(chǎn)品的1/50”。其中潤滑技術(shù)的進(jìn)步發(fā)揮了重要作用。在鐵路運(yùn)輸行業(yè)中,1984年摩擦學(xué)調(diào)查時(shí)提出的第一個(gè)摩擦學(xué)節(jié)能措施就是在新造貨車上全部安裝滾動(dòng)軸承,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),滾動(dòng)軸承比滑動(dòng)軸承可減少根本運(yùn)行阻力11%～22%,減少啟動(dòng)阻力75%～80%[11]?，F(xiàn)代機(jī)車已經(jīng)普遍采用了滾動(dòng)軸承,并且滾動(dòng)軸承的阻力系數(shù)比當(dāng)年也有了顯著下降。2006年全國鐵路完成貨物周轉(zhuǎn)量21714.73億噸公里,如果按2000年電力機(jī)車單耗129.8kW·h/萬噸公里的15%計(jì)算,約可節(jié)電42億kW·h。僅此一項(xiàng)就節(jié)約資金25億元以上。此外,隨著大功率機(jī)車的開展,機(jī)車質(zhì)量和輪軌摩擦副的摩擦成為決定列車牽引力的主要因素,以此為根底開展起來的動(dòng)車組已經(jīng)成為鐵路提速的重要開展方向,其社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益是相當(dāng)巨大的。據(jù)冶金行業(yè)的調(diào)研,通過摩擦學(xué)的應(yīng)用,在冶金工業(yè)中設(shè)備修理費(fèi)和備件消消耗有了顯著下降。我國2003年全國鋼鐵行業(yè)的噸鋼修理費(fèi)為109.9元,1999年為125.94元,2003年噸鋼備件消耗為76.53元,而1999年為92.45元。按2003年全國鋼材產(chǎn)量2.41億t計(jì)算,僅此一項(xiàng),2003年比1999年全國冶金工業(yè)在修理費(fèi)和備件消耗方面就已經(jīng)節(jié)約了大約77億元的資金。在航天工業(yè)中,許多高新技術(shù)是難以依賴引進(jìn)的,要解決這些問題就要靠我們自己的高技術(shù)成果。我國航天工業(yè)領(lǐng)域?qū)δΣ翆W(xué)的重視程度是比擬高的,在空間摩擦學(xué)領(lǐng)域已有40多年的積累,研究工作針對液體火箭、各類衛(wèi)星及“神舟”飛船等的潤滑材料與技術(shù)需求,解決了相關(guān)運(yùn)載工具和空間飛行器的潤滑問題,為我國航天事業(yè)的開展做出了應(yīng)有的奉獻(xiàn)。從航空航天事故發(fā)生的概率分析來看,我國航空航天事故發(fā)生率顯著低于國際平均值,這里面也不乏摩擦學(xué)的重要奉獻(xiàn)。8對摩擦學(xué)在我國國民經(jīng)濟(jì)中的重要作用的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)(1)摩擦學(xué)在國民經(jīng)濟(jì)中最能產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益的作用就是節(jié)能。在中國工程院的調(diào)查中,最重要的預(yù)期潛在經(jīng)濟(jì)效益就是汽車節(jié)油,它約占總效益的70%以上。其實(shí)在許多領(lǐng)域中應(yīng)用摩擦學(xué)都是可以節(jié)能的,如煤炭行業(yè)、冶金行業(yè)、建材行業(yè)、石油行業(yè)、機(jī)械制造業(yè)等行業(yè)都應(yīng)該有非常大的節(jié)能潛力。能源是國家推動(dòng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)開展要考慮的重要問題,隨著社會(huì)開展和能源價(jià)格的提高,這種效益將會(huì)變得更加突出。摩擦學(xué)科技工作者應(yīng)該盡最大努力去發(fā)揮和實(shí)現(xiàn)摩擦學(xué)的這種重要作用。(2)摩擦學(xué)在延長設(shè)備壽命、提高設(shè)備可靠性、減少事故停產(chǎn)等方面所發(fā)揮的社會(huì)效益是遠(yuǎn)大于經(jīng)濟(jì)效益的。冶金行業(yè)中提供了1999—2003的5年間應(yīng)用摩擦學(xué)技術(shù)使維修費(fèi)用降低的珍貴數(shù)據(jù),它說明我們的摩擦學(xué)應(yīng)用已經(jīng)于2003年為國家節(jié)約了近80億元的資金。其實(shí)在許多行業(yè)中我們都已經(jīng)發(fā)揮了這種作用,只是數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)上有一定困難。此外,要獲得通過應(yīng)用摩擦學(xué)延長設(shè)備壽命、提高設(shè)備可靠性、減少事故停產(chǎn)等帶來的效益的數(shù)據(jù)會(huì)更加困難,但是,可以肯定延長設(shè)備壽命、提高可靠性以及減少設(shè)備故障給企業(yè)帶來的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益要遠(yuǎn)比直接經(jīng)濟(jì)效益大得多。(3)關(guān)注環(huán)境,以人為本,摩擦學(xué)將在國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)開展中發(fā)揮更大作用?，F(xiàn)代潤滑技術(shù)已經(jīng)在控制汽車排放方面發(fā)揮了重要作用,摩擦材料的進(jìn)步也為減小環(huán)境污染做出了重要奉獻(xiàn),生物摩擦學(xué)已經(jīng)為許多疾病(心臟病、關(guān)節(jié)病、口腔疾病等)患者帶來了福音。隨著社會(huì)的進(jìn)步以及人們對生存環(huán)境的關(guān)注,摩擦學(xué)在減少污染,改善環(huán)境,提高生活質(zhì)量方面的作用將會(huì)更加突出。此外,有效地掌握和控制摩擦,對于提高設(shè)備性能和可靠性,特別是對于平安生產(chǎn)和防止平安事故具有極其重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。(4)摩擦學(xué)在推動(dòng)科技進(jìn)步、提升國家科技實(shí)力方面的作用是非常重要的。我國的早期摩擦學(xué)科學(xué)研究有很重要的一局部是中國科學(xué)院為解決“兩彈一星”發(fā)射中的關(guān)鍵技術(shù)問題而開展的,許多摩擦學(xué)科技工作者已經(jīng)為國防尖端科技做出了突出奉獻(xiàn)。在微納米領(lǐng)域中,摩擦學(xué)研究也已經(jīng)為推動(dòng)磁盤拋光、芯片制造、微納米機(jī)械設(shè)計(jì)和制造等高新科學(xué)技術(shù)的開展發(fā)揮了重要作用。此外,摩擦學(xué)是一個(gè)充滿著高技術(shù)的專業(yè)學(xué)科,從宏觀宇宙的星際摩擦學(xué)到微觀世界的納米摩擦學(xué),有許多前人未曾涉足的領(lǐng)域需要我們?nèi)ヌ剿骱脱芯??？萍紕?chuàng)新將是我們?nèi)w摩擦學(xué)科技人員面臨的重要挑戰(zhàn)。9.摩擦學(xué)面臨的挑戰(zhàn)在未來的10年,摩擦學(xué)研究面臨的挑戰(zhàn)將主要來自生態(tài)/環(huán)境,信息和生物3方面的技術(shù)開展和需求。未來環(huán)境和能源的需求將會(huì)提出越來越困難的摩擦學(xué)問題,常規(guī)的摩擦學(xué)考慮將會(huì)被排除在主要的設(shè)計(jì)和開發(fā)過程之外,而對再循環(huán)、輕量化和在摩擦學(xué)應(yīng)用中采用仿生的方法等技術(shù)的需求將會(huì)隨著設(shè)計(jì)的可持續(xù)性需求的增加而增長。我們將面臨多方面的挑戰(zhàn),如想取得重大的突破和進(jìn)展,就必須克服開展跨學(xué)科研究和利用全球裝備的各種障礙。根據(jù)摩擦學(xué)本身的科學(xué)屬性和技術(shù)屬性,它不是帶頭的主體(主干)學(xué)科,然而卻是一種對許多學(xué)科不可缺少的、起支撐作用的根底性學(xué)科。它不是單一技術(shù),而是一種集成的共性技術(shù)。因此,它的開展必須與被支撐的各種學(xué)科與技術(shù)領(lǐng)域緊密結(jié)合,以充分發(fā)揮其支撐作用,同時(shí)還要善于通過跨學(xué)科的方式充分發(fā)揮其集成技術(shù)與共性技術(shù)的作用(例如,在機(jī)械裝備的全壽命過程運(yùn)用集成技術(shù))。對于機(jī)械零件和發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用這樣一些傳統(tǒng)的摩擦學(xué)領(lǐng)域,不斷增長的需求將對現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生影響。今后要求機(jī)械零件和發(fā)動(dòng)機(jī)在越來越高的負(fù)荷,轉(zhuǎn)速和溫度的條件下運(yùn)行,這對材料的性能和潤滑技術(shù)是一個(gè)挑戰(zhàn),并要求開展先進(jìn)的壽命預(yù)測和性能評(píng)價(jià)方法。美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院(NIST)的徐明炯在摩擦學(xué)前沿國際研討會(huì)(