世纪回顾与展望——摩擦学研究的发展趋势
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摩擦学研究进展摩擦学即是研究摩擦现象的学科,涉及到材料的摩擦力学、表面和界面科学、纳米科技等多个领域。
摩擦是普遍存在的自然现象,不仅影响着我们日常生活中的各种事物,而且也对多种技术和行业产生着重要的影响。
摩擦学的研究不仅有助于我们更好地理解自然现象,而且对于新材料的研发和产品的开发也具有重要的意义。
本文将从三个方面对摩擦学研究的进展进行介绍。
I. 摩擦力学摩擦力学是摩擦学的基础科学,主要研究摩擦力的本质、性质、变化规律等。
过去的研究表明,不同材料之间的摩擦系数存在差异,同时还受到接触压力、温度、表面形貌等多种因素的影响。
随着研究的深入,人们发现了一些在摩擦中起关键作用的物理现象,如阻尼效应、界面化学反应等。
同时,在实际应用中,人们也开始关注摩擦力的降低问题,提出了一些有效的技术手段,如润滑剂的使用、材料表面改性等。
这些进展不仅有助于我们更好地理解摩擦现象,而且也为提高产品的效率和品质提供了重要的技术支持。
II. 表面和界面科学表面和界面科学是摩擦学的重要分支,主要研究材料表面和界面现象的本质、机理和应用。
在过去的研究中,人们发现材料表面的形貌、化学组成等特性对摩擦行为有非常显著的影响。
随着纳米技术的发展,表面和界面科学研究中涉及的问题也越来越小,从而引出了润滑纳米液体、摩擦场等新的研究方向。
同时,界面化学反应、表面改性等技术的出现也为材料设计和表面加工提供了新的思路和方法。
III. 纳米摩擦学纳米科技是摩擦学的新兴研究领域,主要研究在纳米尺度下材料的摩擦行为和力学性质。
近年来,随着纳米技术的快速发展,人们已经开始具体地研究纳米尺度下的摩擦问题。
研究表明,在纳米尺度下的材料摩擦行为不同于宏观尺度下的情况,纳米表面的化学反应和量子效应等因素开始显示出重要影响。
因此,纳米摩擦学的研究不仅有助于我们更好地理解材料摩擦现象,而且也为研发新材料和开发新产品提供了重要的技术支持。
结论摩擦学研究的深入发展为我们理解自然现象和提高生产效率提供了巨大的帮助。
摩擦学的现状与前沿——机自09-8班姚安 03091131摩擦学作为一门实践性很强的技术基础科学,它的形成和发展与社会生产要求和科学技术的进步密切相关。
它作为一门独立的学科受到世界各国普遍重视,摩擦学理论与应用研究进入了一个新的时期。
1 研究现状与发展趋势现代摩擦学研究的主要特征可以归纳为:(1)在以往分学科研究的基础上,形成了一支掌握机械、材料和化学等相关知识的专业研究队伍,有利于对摩擦学现象进行多学科综合研究,推动了摩擦学机理研究的深入发展。
(2)由于摩擦学专业教育的发展和知识普及,以及摩擦学本身具有的实践性很强的特点,当今工业界有大量的工程科技人员结合工程实际开展研究,促使摩擦学应用研究取得巨大的经济效益。
(3)随着理论与应用的不断完善,摩擦学研究模式开始从以分析摩擦学现象为主逐步向着分析与控制相结合,甚至以控制性能为目标的研究模式发展。
此外,摩擦学研究工作从以往的主要面向设备维修和改造逐步进入机械产品的创新设计领域。
(4)交叉学科的发展。
摩擦学作为一门技术基础学科往往与其他学科相互交叉渗透从而形成新的研究领域,这是摩擦学发展的显著特点。
主要的交叉学科如下:摩擦化学、生物摩擦学、生态摩擦学及微机械学等。
当今,相关科学技术特别是计算机科学、材料科学和纳米科技的发展对摩擦学研究起着重要的推动作用,主要表现在以下方面。
1.1 流体润滑理论以数值解为基础的弹性流体动力润滑(简称弹流润滑)理论的建立是润滑理论的重大发展。
现代计算机科学和数值分析技术的迅猛发展,对于许多复杂的摩擦学现象都可能进行精确的定量计算目前薄膜润滑研究尚处于起步阶段,在理论和应用上都将成为今后润滑研究的新领域。
1.2 材料磨损与表面处理技术现代材料磨损研究的领域已从以金属材料为主体扩展到非金属材料包括陶瓷、聚合物及复合材料的研究。
表面处理技术或称表面改性是近20年来摩擦学研究中发展最为迅速的领域之一。
它利用各种物理、化学或机械的方法使材料表面层获得特殊的成分、组织结构和性能,以适应综合性能的要求。
摩擦学的进展和未来一、本文概述摩擦学,作为一门研究物体间接触表面相互作用及其产生的摩擦、磨损和润滑现象的学科,自其诞生以来就在工业、交通、能源、生物医学等众多领域发挥了至关重要的作用。
随着科技的不断进步,摩擦学的研究也日益深入,新的理论、技术和应用不断涌现。
本文旨在全面概述摩擦学领域的最新进展,并展望其未来发展方向。
我们将回顾摩擦学的发展历程,从最初的经典摩擦理论到现代的纳米摩擦学、生物摩擦学等新兴分支。
接着,我们将重点介绍摩擦学在材料科学、机械工程、航空航天、生物医学等领域的最新应用,如高性能涂层材料、纳米摩擦调控技术、智能润滑系统等。
我们还将讨论摩擦学在能源转换与存储、环境保护、可持续发展等全球性问题中的重要作用。
在展望未来部分,我们将分析摩擦学领域的发展趋势和挑战,如跨学科融合、技术创新与产业升级等。
我们还将探讨摩擦学在智能制造、新能源、生物医疗等领域的发展前景,以及其在推动社会进步和可持续发展中的潜力。
本文旨在全面梳理摩擦学的进展和未来,以期为该领域的研究者、工程师和决策者提供有益的参考和启示。
二、摩擦学的基础理论摩擦学,作为一门研究物体表面间相互作用和摩擦现象的科学,其基础理论涉及多个学科领域,包括物理学、化学、材料科学和力学等。
这些基础理论为摩擦学的发展提供了坚实的支撑,同时也为未来的探索提供了新的思路。
接触力学理论:接触力学是摩擦学的基础,主要研究物体表面的接触行为和接触应力分布。
该理论通过研究接触表面的形貌、材料属性和载荷等因素,揭示了接触界面上的应力分布规律,为摩擦学的研究提供了重要的理论基础。
弹塑性理论:弹塑性理论主要研究物体在受力作用下的变形行为,包括弹性变形和塑性变形。
该理论为摩擦学提供了关于材料表面在摩擦过程中变形和损伤机制的重要认识,有助于深入理解摩擦现象的本质。
摩擦热学:摩擦过程中,由于摩擦力的作用,物体表面会产生大量的热量。
摩擦热学主要研究摩擦过程中的热量产生、传递和消散等问题。
摩擦学与润滑研究摩擦学和润滑研究是物理学和工程技术学科中的两个核心领域。
在机械工程、材料科学、面包车等工程学科中,摩擦和润滑是关键性问题。
本文将从以下几个方面介绍摩擦学和润滑研究的现状,问题和发展方向。
一、摩擦学的定义和研究领域摩擦学是研究固体表面之间相互作用及其一物体相对于另一物体沿接触面运动时所发生的摩擦现象的科学。
自然界中的摩擦,使得许多生物和机械系统能够正常运行。
但在许多情况下,摩擦是一件不希望的事情,它导致不必要的热量和能量损失,使机械设备的运行效率降低,甚至还会导致设备的故障和损坏。
基于解决这些问题,摩擦学的研究主要关注以下几个领域:1. 摩擦学基本原理和理论摩擦学理论是摩擦学的基础,它涉及摩擦现象的机制、影响因素、计算模型等问题。
目前,摩擦学理论主要包括经典摩擦学、摩擦表面物理学、统计摩擦学、纳米摩擦学、分子动力学摩擦学等研究分支。
这些理论为机械设备的设计、制造和维修提供了理论基础。
2. 摩擦学实验技术摩擦学实验技术是确定摩擦学性质的关键,它包括表征摩擦学性能的试验方法、测试设备、测试标准等。
目前,快速发展的纳米技术为摩擦实验提供了新的实验手段,例如原子力显微镜、扫描隧道显微镜等。
3. 摩擦学应用摩擦学的应用非常广泛,主要包括摩擦学材料、润滑油液、轴承技术、微机电系统、电子设备热管理等。
摩擦学在制造业、航空航天、交通运输、军事等领域都有重要的应用。
二、润滑研究的定义和研究领域润滑是减少摩擦及其相关损害的一种方法,它通过在两个物体的接触界面处插入一个润滑介质(例如油、脂、液态金属等)来降低摩擦系数并减少磨损。
润滑学是研究液体、气体和固体之间的摩擦和润滑现象的学科。
润滑学研究的内容包括:1. 液态和固态润滑介质液态润滑介质是液体,通常包含油和脂。
液体作润滑剂时具有较好的黏滞性和流动性。
固态润滑介质主要是基于润滑层的存在而减小摩擦力,例如润滑薄膜的形成和固体润滑剂的使用。
2. 润滑机理润滑机理包括分子间吸附、润滑膜形成、固体润滑剂作用等。
摩擦学的进展与展望摩擦学是一门关于摩擦现象及其控制的学科,是材料领域中最重要的基础科学之一。
随着科学技术的不断发展,摩擦学研究也逐渐取得了新的进展和突破,本文将简述摩擦学的进展以及未来的展望。
一、摩擦学的进展1. 材料性能的改进随着材料科学的发展,工程界不断提出新的材料,任何材料都不能发展的独立于摩擦学的限制。
新型材料的发展为减小摩擦提供了一种途径,包括纳米材料,硅基材料等等。
2. 润滑技术的发展传统的润滑技术包括机械润滑、油润滑、气体润滑等。
而近年来润滑技术的应用也越来越广泛,从传统的机械润滑开始转向静电场润滑等新型技术,这些技术的应用有效地减小了摩擦现象,增加了机械设备的寿命。
3. 摩擦学理论的深化随着计算机技术和数值模拟技术的发展,摩擦学理论得到了很大的改进。
现代摩擦学理论已经逐渐从传统的摩擦现象说明向着深入探讨摩擦机制的方向发展。
同时新型摩擦学理论的提出可为材料科学提供新的支撑。
二、摩擦学的展望随着材料科学、计算机科学的快速发展,摩擦学在未来还有非常广阔的发展空间。
未来摩擦学的发展重点包括以下几个方面:1. 摩擦与磨损控制的理论和技术的发展随着工业的快速发展,摩擦机制和材料耐用性是极其关键的。
未来研究需着重探索摩擦与磨损强度之间的关系、摩擦机制的本质、新型润滑剂的研究等等。
2. 智能润滑技术的推广智能润滑技术将润滑技术与计算机技术相结合,开发出一种更加高效、自适应性更强的新型润滑系统。
未来摩擦学的应用将更加普及和广泛,发展出与工业现状高度契合的新型智能润滑技术。
3. 摩擦学与新材料的研究在现代工程技术和材料科学的高度发展下,新型材料的研究变得越来越重要。
未来的摩擦学还需要关注新型材料的摩擦特性、摩擦不稳定性等方面的应用研究。
尽管摩擦学已取得了长足的发展,但是未来摩擦学的发展研究充满了无限的可能性。
相信有天人们可以突破摩擦机制的局限,创造出更多的奇迹。
4. 微观结构与摩擦特性的研究随着纳米技术的不断发展,微观结构与摩擦特性之间的关系逐渐成为了一个热门领域。
摩擦力的发展趋势与前沿研究领域摩擦力经典试题与讲解一、引言摩擦力作为一个古老的物理概念,一直以来都是物理学、材料学等学科研究的重点之一,随着科技的不断发展,人们对于摩擦力的理解也越来越深入,同时也涌现出了许多新的研究领域和研究方法。
本文将介绍摩擦力的发展趋势以及目前的前沿研究领域,并结合经典试题对摩擦力进行详细的探讨和讲解。
二、摩擦力的发展趋势1.传统摩擦理论的局限性:传统摩擦力的理论主要基于经验公式,难以准确地预测复杂系统中的摩擦力大小和方向,同时也无法解释一些摩擦力的奇特现象,如剪切力、滚动摩擦力、液体摩擦力等。
2.微观摩擦力研究的兴起:随着计算机模拟技术的发展,以及扫描隧道显微镜和纳米机械等新技术的应用,微观摩擦力研究逐渐成为一个重要的研究领域,人们开始深入探究摩擦力的微观机理和基本特性。
3.复杂系统中的摩擦力研究:对于复杂系统中的摩擦力研究,人们开始使用多物理场耦合的方法,将物理、化学、力学等因素进行综合考虑,并开发了一些新的数值计算方法和测试手段,以便更精确地研究摩擦力在复杂系统中的特性。
三、前沿研究领域1.纳米摩擦力研究:纳米摩擦力研究是近年来最快发展的研究领域之一,由于其颗粒尺寸非常小,不同于宏观尺度下的摩擦力。
纳米摩擦力研究已经被应用于制造纳米机械、纳米传感器和生物材料等领域,并在这些领域中发挥了巨大作用。
2.界面摩擦力研究:多相体系中的摩擦力是一个重要的研究方向,尤其是在液体、气体以及生物界面等方面。
研究表明,液体中的摩擦力对于原油输送管道的运输性能和硬盘驱动器的运转稳定性等都有着很重要的影响。
3.磁性材料中的摩擦力研究:磁性材料中的摩擦力研究是一个非常有前景的研究领域之一,因为磁性材料在很多领域都有广泛的应用,如芯片、数据存储器和磁悬浮等。
人们开始研究磁性材料中的摩擦力特性,以便更好地促进这些领域的发展。
四、摩擦力经典试题与讲解1.平衡状态下的滑动摩擦力:当一个物体在水平面上处于静止状态时,需克服的力才能保持物体的静止。
2010年12月第35卷第12期润滑与密封LUBR I CAT I ON ENG I NEER I NGD ec .2010V ol 135No 112DO I :1013969/j 1i ss n 10254-0150120101121001*基金项目:国际科技合作项目和国家自然科学基金项目(50721004).收稿日期:2010-09-30作者简介:雒建斌(1961)),男,博士,长江特聘教授,博士生导师,现任摩擦学国家重点实验室主任,I FT o MM 摩擦学技术委员会主席,中国机械工程学会摩擦学分会主任,国际摩擦学学会副主席;为国家自然科学基金重大项目负责人、973计划先进制造方向项目首席科学家;曾获国家科技进步二等奖(2008),国家自然科学二等奖(2001)、国家发明三等奖(1996)、省部级科技奖5项.主要研究方向:纳米级表面改性和加工研究,润滑理论研究.E -m ai:l l uoj b @tsi nghua 1edu 1cn .摩擦学的进展和未来*雒建斌 李津津(清华大学摩擦学国家重点实验室 北京100084)摘要: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(01001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。
摩擦学的研究进展与应用摩擦学,顾名思义,是指研究物体相对运动过程中摩擦现象的科学领域。
作为一门交叉学科,摩擦学涵盖了材料科学、机械工程、物理学等多个学科,具有广泛的研究领域和应用前景。
在工业生产和科技创新中,摩擦学的研究和应用已经发挥了重要的作用。
一、摩擦学的研究进展近年来,摩擦学的研究进展主要体现在以下几个方面:1.微观结构分析摩擦过程中,物体之间的接触面发生变化,直接影响到摩擦力的大小和方向。
因此,微观结构分析成为了研究摩擦的重要方向。
近年来,随着原子力显微镜、扫描电镜等成像技术的发展,科学家们开始研究材料表面的微观结构和化学成分,以深入探究摩擦现象的本质。
2.新材料研发材料的摩擦特性会直接影响到机械系统的运行效率和寿命。
因此,新材料的研发是摩擦学研究的重点之一。
目前,科学家们正在研发一些摩擦系数低、耐磨性好的材料,如纳米多孔材料、纤维素基材料等,而这些新材料的研发也将为未来的机械系统和工业生产带来新的突破。
3.智能化设计为了有效降低机械系统的摩擦损失,人们开始尝试利用智能化设计技术来优化摩擦部件的结构和工作方式。
例如,通过微电机和传感器的结合,可以精确控制机械部件的运动状态,从而实现节能减排和延长机械寿命的效果。
二、摩擦学的应用摩擦学的研究成果主要应用于以下几个领域:1.航天器设计摩擦学是航天器设计中不可缺少的一部分。
在卫星和火箭的发射、运行和着陆过程中,摩擦力和热量的影响都将直接影响到卫星的运行效率和寿命。
因此,航天器的轨迹控制和气动热力学参数分析等都需要摩擦学的支持。
2.汽车工业在汽车工业中,摩擦学的应用主要体现在发动机和变速箱等关键部件的设计和制造中。
通过对发动机和变速箱的摩擦特性的研究和优化,可以提高汽车的运行效率和节省燃油。
3.机械加工在机械加工中,摩擦学也发挥着重要的作用。
通过研究和优化切削和磨削等工艺的摩擦特性,可以改善加工过程中的加工精度和工件表面质量。
4.生物医学生物医学领域中,摩擦学主要应用于人工关节等医疗器械的设计和制造。
世纪回顾与展望—摩擦学研究的发展趋势温诗铸院士摘要在回顾摩擦学发展历史的基础上,总结20世纪60年代以来,在摩擦学主要研究领域包括流体润滑、材料磨损与表面处理技术、纳米摩擦学等的发展现状和展望.分析了相关学科的发展和学科交叉对摩擦学研究的推动作用,并介绍了摩擦学与其他学科交叉领域如摩擦化学、生物摩擦学、生态摩擦学和微机械学等的发展概况和趋势.摩擦学作为一门实践性很强的技术基础科学,它的形成和发展与社会生产要求和科学技术的进步密切相关。
18世纪的特点是以试验为基础的经验研究模式。
19世纪末,开创了基于连续介质力学的研究模式。
到了20世纪20年代以后,发展成为涉及力学、热处理、材料科学和物理化学等的边缘学科,从此开创了多学科综合研究的模式.1965年首次提出Tribology(摩擦学)一词,简要地定义为“关于摩擦过程的科学"。
此后,它作为一门独立的学科受到世界各国普遍重视,摩擦学理论与应用研究进入了一个新的时期。
1 研究现状与发展趋势现代摩擦学研究的主要特征可以归纳为:(1)在以往分学科研究的基础上,形成了一支掌握机械、材料和化学等相关知识的专业研究队伍,有利于对摩擦学现象进行多学科综合研究,推动了摩擦学机理研究的深入发展。
(2)由于摩擦学专业教育的发展和知识普及,以及摩擦学本身具有的实践性很强的特点,当今工业界有大量的工程科技人员结合工程实际开展研究,促使摩擦学应用研究取得巨大的经济效益。
(3)随着理论与应用的不断完善,摩擦学研究模式开始从以分析摩擦学现象为主逐步向着分析与控制相结合,甚至以控制性能为目标的研究模式发展。
此外,摩擦学研究工作从以往的主要面向设备维修和改造逐步进入机械产品的创新设计领域。
20世纪60年代后,相关科学技术特别是计算机科学、材料科学和纳米科技的发展对摩擦学研究起着重要的推动作用,主要表现在以下方面。
1。
1 流体润滑理论以数值解为基础的弹性流体动力润滑(简称弹流润滑)理论的建立是润滑理论的重大发展。
我国摩擦学发展历程
我国摩擦学发展历程自古以来就有悠久的历史。
在中国古代的《尚书》,就有关于摩擦力的记载,揭示了人们早期对摩擦现象的认识。
古代物理学家张衡在东汉时期,通过实验发现了摩擦力与物体质量和接触面积的关系,为摩擦学的研究奠定了基础。
随着时间的推移,我国的摩擦学研究逐步深入。
唐代的韩信中、宋代的沈括等学者对摩擦力进行了更加系统和深入的研究,提出了一些有关摩擦现象的新理论和观点。
近代以来,我国摩擦学研究取得了突破性进展。
20世纪初,
我国的物理学家孙承慧提出了摩擦力的统计描述模型,为研究摩擦力的微观机制奠定了基础。
1940年代,我国的物理学家
寿建华等人通过实验研究了固体摩擦,得出了摩擦系数与物体表面状况有关的结论。
1950年代,我国的物理学家张继航等
人对摩擦学进行了全面的研究和总结,提出了一系列关于摩擦力的新概念和理论,为摩擦学的发展做出了重要贡献。
继续推进摩擦学的研究,我国的科学家们又取得了一系列重要的成果。
例如,2008年,我国的科学家王光远等人发现了超
摩擦现象,引起了国内外学术界的广泛关注。
另外,通过开展纳米摩擦学的研究,我国的科学家们也取得了一系列突破性的进展。
当前,我国的摩擦学研究正处于一个蓬勃发展的阶段,取得了丰硕的成果。
可以预见,随着科学技术的进步和研究的深入,
我国在摩擦学领域将继续取得新的突破,为工程技术的发展和实际应用提供更加可靠的理论基础和技术支持。
微动摩擦学的发展现状与趋势微动摩擦学是一个研究微观尺度下物体间摩擦力学的交叉学科领域,它的背景是由于材料表面的几何形貌不均匀和原子级别的粗糙度,因此摩擦力在微观尺度下的行为与宏观尺度下存在显著差异。
它旨在探索材料表面的原子级别结构,以便更好地理解摩擦机制,并可以用于设计高性能的摩擦材料。
本文主要探讨微动摩擦学在最新技术、研究进展和未来趋势方面的发展。
在最新技术方面,纳米力学是微动摩擦学的研究方法之一。
纳米力学将原子力显微镜(atomic force microscopy, AFM)用于测量材料表面静态和动态力学性质,包括弹性模量、硬度和黏度等。
纳米力学还可以结合分子力学建模,研究材料表面微观结构的变化对摩擦力的影响。
此外,原子间力场显微镜(atomistic force field microscopy, AFFM)也是微动摩擦学中的一个重要技术,它通过模拟原子水平力学性质来研究材料表面上的摩擦行为。
在研究进展方面,研究人员已经开始探索纳米尺度下的摩擦行为。
他们发现,当物体越小,微观尺度下的摩擦效应越明显,与表面接触的原子数量和结合力增加。
这些研究成果对制造高性能纳米机械和MEMS器件具有重要意义,因为理解纳米级别下的摩擦力对器件的性能至关重要。
在未来趋势方面,研究人员将致力于更深入地研究微观尺度下的摩擦力学行为,并利用这些了解来开发新型的摩擦材料和新的制造技术。
此外,由于许多摩擦表面都极易受到污染和氧化的影响,研究人员还将致力于研究新的摩擦表面处理方法,以提高摩擦材料的耐用性和性能。
综合来看,微动摩擦学是一个快速发展的领域,它对现代工程和制造领域的发展具有重要意义。
未来,研究人员将继续深入研究微观尺度下的摩擦行为,并开发新的技术和材料,以实现更高的性能和可持续的发展。
另外一个未来的趋势是人工智能在微动摩擦学领域的应用。
微动摩擦学依靠研究大量的数据来对材料摩擦特性进行分析和理解。
因此,采用人工智能来处理这些数据很可能会成为一种重要的方法。
车用摩擦材料的摩擦学研究进展随着汽车行业的快速发展,对于车用摩擦材料的需求正在日益增加。
摩擦学理论的不断深入研究和应用,也对车用摩擦材料的开发和改进提出更高的要求。
本文将对车用摩擦材料的摩擦学研究进展进行探讨。
摩擦学是研究物体相互接触并运动时产生的摩擦力和磨损的科学。
在汽车工业中,摩擦学的应用范围很广。
车用摩擦材料是指在把车轮转动转化为车辆加速、制动、悬挂系统等一系列制动动力等方面发挥作用的材料。
车用摩擦材料的主要特点是需要具有高温稳定性、高摩擦系数、低磨损率等性能。
早期的车用摩擦材料主要是石棉、铜合金等材料。
然而,由于石棉是一种有害物质,对人体健康有一定影响,因此石棉已经逐步被禁止使用。
为了寻找更环保、更高效的摩擦材料,研究人员开始转向聚合物材料的研究。
如今,车用摩擦材料的研究已经进入了一个新的阶段,主要集中在以下几个方面:1.新型摩擦材料的研究:目前,研究人员正在开发各种新型摩擦材料,如高分子材料、复合材料、纳米材料等。
这些新型材料不仅环保,而且具有高温稳定性、高摩擦系数和低磨损率等优良性能。
2.摩擦学理论的研究:随着对摩擦现象和磨损机理的深入研究,人们对摩擦学理论的理解更加精确。
新的理论和模型不仅可以更准确地预测摩擦学性能,而且可以用于指导新型材料的开发和改进。
3.表征方法的研究:为了得到更准确的摩擦学性能数据,研究人员正在研究新的表征方法。
例如,使用纳米压痕技术可以在微观尺度上测量材料的硬度、弹性模量等物理性质,从而更准确地预测材料的摩擦学性能。
4.智能材料的研发:智能材料是一种能够对外界环境作出响应的材料。
在车用摩擦材料中,研究人员正在探索利用智能材料以控制摩擦学性能的方法。
例如,可以通过改变智能材料的温度或电场来控制材料的摩擦系数,从而实现更加灵活的控制。
总之,车用摩擦材料的研究已经取得了一定的进展,但是仍然存在许多挑战。
未来的研究应该聚焦于开发新型材料、完善摩擦学理论和表征方法、研发智能材料等方面,以满足汽车工业不断变化的需求。
摩擦学研究的进展与趋势一、引言摩擦学是一门与机械表面界面科学密切相关的学科,它主要研究相对运动表面之间的摩擦、磨损和润滑规律及其控制技术。
它涉及传统机械加工、交通运输、航空航天、海洋、化工、生物工程等诸多工业领域。
统计资料显示,摩擦消耗掉全世界约1/3的一次能源,磨损致使大约60%的机器零部件失效,而且50%以上的机械装备恶性事故都起源于润滑失效或过度磨损。
欧美发达国家每年因摩擦、磨损造成的经济损失占其国民生产总值(GNP)的2%~7%,而在工业生产中应用摩擦学知识和研究成果可以节约的费用占GNP的1.0%~1.4%[1]。
我国已经成为制造大国,但远不是制造强国,在生产与制造过程中对资源和能源的浪费严重,单位国内生产总值(GDP)能耗约为日本的8倍,欧盟的4倍,世界平均水平的2.2倍,若按GDP的5%计算,2014年我国摩擦、磨损造成的损失达31800亿元,因此,开发和应用先进摩擦与润滑技术实现能源与资源节约的潜力巨大。
另外,机械产品中的摩擦界面除了起到传递运动和能量的作用,还可具备防腐、减阻、吸声等特殊功能,对机械系统的效率、精度、可靠性和寿命等性能具有重要的甚至是决定性的作用。
摩擦学理论与技术可用于改善机械系统工作效率、延长使用寿命、减少事故发生,为解决人类社会发展面临的能源短缺、资源枯竭、环境污染和健康问题提供有效的解决方案。
人类很早就在生活和生产实践中应用摩擦与润滑技术,而对摩擦规律的科学探索也已有数百年的历史[2]。
早在15世纪,意大利的列奥纳多·达·芬奇就开始对摩擦学理论进行探索,1785年法国摩擦学及物理学家库仑提出干摩擦的机械啮合理论,英国的鲍登等人于1950年提出了黏着摩擦理论。
关于润滑,英国人雷诺于1886年根据前人观察到的流体动压现象,总结出流体动压润滑的基本理论,其后相继发展出了边界润滑(1921年)、2014—2015机械工程学科发展报告(摩擦学)弹性流体动力润滑(1949年)和薄膜润滑(1990年)理论。
我国摩擦学发展历程我国摩擦学发展历程可以追溯到古代,起初依赖人们的经验总结和直观感受。
然而,正式的摩擦学研究始于20世纪初,进入了科学实验与理论探索的阶段。
20世纪初,中国的科学技术尚未发展到较高水平,摩擦学研究也相对落后。
人们对于摩擦的理解还停留在定性描述的层面,缺乏深入的实验研究和理论分析。
进入20世纪二三十年代,随着科学技术的进步和学科研究的深入,我国摩擦学开始逐渐取得一些进展。
当时的研究主要集中在静摩擦的实验测量和摩擦力的计算方法等方面。
人们通过试验确定摩擦系数,并尝试用数学模型描述摩擦行为。
这些研究对我国工业生产和机械设计起到了一定的指导作用。
在20世纪五六十年代,我国的摩擦学研究开始进入系统化阶段。
当时的研究主要集中在摩擦材料的研究、摩擦磨损机制的分析和摩擦表面处理等方面。
一系列的实验和理论研究成果被广泛应用于航空、航天、军工等领域。
随着科技的不断进步和学科的不断发展,我国的摩擦学研究进入了现代化阶段。
二十世纪七八十年代,我国在摩擦学的理论研究和实验技术方面取得了一系列重要的成果。
在摩擦材料、摩擦磨损、润滑与摩擦学、摩擦与产能设计等方面的研究成果达到了国际先进水平。
进入21世纪新的历史阶段,我国的摩擦学研究进一步深化和发展。
摩擦学已经成为一门独立的交叉学科,与材料科学、力学、工程等学科产生了广泛而深入的交流与合作。
同时,新材料、新技术和新工艺的不断涌现,也为摩擦学的发展提供了新的机遇与挑战。
总结来看,我国摩擦学的发展历程经历了漫长而曲折的过程。
从起初的经验总结到现代化的实验和理论研究,我国的摩擦学研究取得了重要的进展。
目前,我国的摩擦学研究已经进入到更加系统化、深化和创新的阶段,为我国工业生产和科学技术的发展做出了积极贡献。
第28卷第3期江西理工大学学报v01.28,N。
.32o07年6月JOURNAL0FJIANGXIUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYJun。
2oo7文章编号:1007—1229(2007)03—0029一03摩擦学的研究与发展赵运才,蔡伟松,李伟(江西理工大学机电工程学院,江西赣州341000)摘要:综述了摩擦学在国内外的发展历程和趋势,着重分析了摩擦学的几个主要研究方向的研究与发展,提出了摩擦学发展的一些见解.关键词:摩擦学;流体润滑理论;纳米摩擦学;摩擦学设计;耐磨材料中图分类号:THll7,0313.3文献标识码:AStudyandDeVelopmentofTribologyZHAOYu卜cai,CAIWei—song,LIWei(FacultyofMechallicalandEkctr0IlicEn舀nee血g,JiaIl班Universi‘yofScience锄d7Ikhnolo盱,G锄zhou34looO,chiIla)Abstract:ThecurrentsituationarIdthetrendsoftlletribologydevelopmentathomeandabroadareintroducedinthisp印er,themaindevel叩ingwaysoftribolog)rareanalyzed,somecoume珈easures0ftribologydevelopmentinChinaarepresented.Keywords:订ibology;lubric丽on;nano—tribolog),;tribolo舒desi弘;wearresistaJlce摩擦学是研究相对运动的相互作用表面及其应用的一门科学,其研究范围是这一摩擦行为对于机械及其系统的作用、接触表面及其润滑介质的变化、失效预测及其控制等理论与实践.它的主要理论基础是工程力学、流体力学、流变学、表面物理、表面化学等,并综合材料科学、工程热物理等学科的成果,以数值计算和表面技术为主要手段的边缘学科,摩擦学研究的基本内容是物体表面的摩擦、磨损和润滑问题,研究的目的在于指导机械及其系统的正确设计及使用,以节约能源和原材料消耗,进而达到提高机械装备的可靠性,以及提高其工作效能和延长使用寿命的目的.’……●。
摩擦学的发展历程摩擦学是研究接触物体运动时的摩擦力及其表现规律的科学。
它的发展历程可以追溯到古希腊时期,不过,正式的系统研究始于17世纪,随着时间的推移,摩擦学取得了众多突破性发现,其研究成果也被广泛应用于各个领域。
在早期,人们对摩擦现象仅仅是一知半解,并无明确的概念。
直到公元前4世纪,亚历山大·菲洛斯在《问题篇》中阐述了摩擦现象,认为当物体相互接触时,由于表面间的不平整性,产生了一种力,阻碍了运动,称之为“摩擦力”。
随着科学技术的进步,人们对摩擦力的研究逐渐深入。
17世纪,著名科学家托马斯·斯卡莫尼(Thomas Slomon)首次提出了摩擦系数的概念,即用于衡量表面之间的摩擦力作用大小的比值。
18世纪,奥利弗·埃文斯(Oliver Evans)发明了用于在工业生产中减少摩擦力的蒸汽动力机。
这一发明在当时的工业革命中起到了重要作用,也为摩擦学研究指明了一条新的方向。
20世纪,摩擦学研究更加深入,人们提出了摩擦法则、摩擦特性、摩擦耦合等许多新概念,也有了新的研究手段和工具。
建立在摩擦学基础上的全新领域,如磨损学、润滑学等也应运而生。
近年来,随着人工智能、机器人等技术的广泛应用,摩擦学的研究对象和范围又得到了拓展。
例如,在机器人和自动化系统中,摩擦力的控制和管理对于实现精确的移动和操作是至关重要的。
总的来说,人类对摩擦学的认识和掌握始终在不断的发展演变,其历程在一定程度上也体现了人类科学技术发展的历史和轨迹。
未来的摩擦学研究将继续巩固和深化现有成果,发掘新的摩擦现象和特性,进一步满足人类经济、生产和生活的需求。
第硒卷第6期20O0年6居机械工程学报CHIN}cSEJ0L1f{NAL0FMEC}{ANICALENGINEERINGⅥ,l,36M・6Ju【l,2000世纪回顾与展望——摩擦学研究的发展趋势漫诗铸(清华大学黪擦学国家重点实验室北京1000{;4)摘要在强籁牵攘擘发展嚣变瓣基础土,憨络驽{罄纪国年代鞋寒,在鬻攘学主要磷究鹱蠛龟臻涟箨澜瓣、越辩密损与表面处理技术、纳米摩擦学等的发展现状和展盟。
分析了相关学科的发展和学科交叉对摩擦学研究的推动作用,并彳卜绍了摩擦学与其他学科交叉领域如摩擦化学、生物摩擦学,生态摩擦学和微机械学等的发展概况和趋势。
簸谲:藏搭漏精嚣鹋瘗援缝拳牵攘学瘴攘纯掌生态牵攘掌中国分类鼍:THll7.】0前言章擦学作为一门实践性稂强的技术基础科举,它的形成和发展与社会生产要求和科学技术的进步密键挺关:戮燕耍摩攘学豹发爱爨变,宅经历了霓个不同的历史阶段和研究模式一早期的摩擦学研究以18世纪m”ont。
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曲靖篱俸摩擦的疆究为代表,佳们通过太量的试验归纳出滑动摩擦的变化规律和经典公式。
这…时期的特点鼹以试验为基础的经验譬}究攒式。
19世纪束.Revnolds¨3根据牯性流体力学揭示出滑动轴承中润滑膜的承载机壤.建立了表征流体海游貘力学褥性题Re¥m韬s方程,羹定r滚漆懑、簿的理论基础.从而开创r基于连续介质力学的研究模式:到了20世纪20年代以后,由于生产发展的需婺牵擦学豹研究领域得繇遘一步§。
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其中,}b州、-2提出依靠润滑油的极性分子与金属表面的物理化学馋照露形戏吸瞻骥的边界澜涛理论;T0“ir峙ono从分子运动鲰度解释固体滑动过程的能量转换和摩擦起因,特别是Bowd。
n和Tabor【4o建立了疆链羞效疲为基穗翁牵擦瘗撰理论等。
这鳖骚究不仅扩展了摩擦学的范畴,而且促使它发展成为涉及力学、热处理、材料科学和物理化学等的边缘学科.瓿此开创了多学科综合研究的模式。
1965年奠国教育科学研究部发表《关于摩擦学教凳鞠殴究缀蠹》《通豢嚣麦赫}摄告),善敬提窭bhmo∞(摩擦学)一词简要地定必为“关于摩擦过程的科学”。
此后,它作为一门独立的学科爱到世界备国普德重甏,鼙攘学瑾论与痘鬻繇究迸A了一个耨习篙瞄。
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隧著研究翁深走开麓,久们试识到为了确效地发挥摩擦学在生产中的潜在效益._在研究模菰}的发展趋势蟪是出宏观进入激理,出怒性进入建量,由静态遥^动态.由单一学科的分析进人多掌利的综合研究“。
l研究现状与发展趋势现代摩擦学研究的主要特征可以归纳为:(1)在以往分学科研究的麓础上,形成了一点簿握搬槭、奉砉糕秘毙学等甥关知识夔专建戮究麸螽,确利于对摩擦学现象进行多学科综合研究,推动了霹擦学机理研究的深入发展。
(2)鸯予攀攘学专韭教育酌发震程箱谖善及,彩及摩擦学本身具有的实践性很强的特点,当今工m界商大量的]二程科技人员结合工程实跨开展研究,促使摩擦学斑甬研究取得巨大的经济教撬。
(3)随着理论与应用的不断完善,摩擦学研究槎式开始麸戮努辑摩擦学褒象为主逐步自整分羲与羲制相结合.甚趸以控制性能为目标的研究模式发展此外,摩擦学研究工作从以往的主要面向设备维憾稻敬造逐步邂A褫禳产品静氆麟设计镁域。
20世纪60年代以后,相关科学技术特别是t{算搬科学、撼嚣}科学秘续岽秘技的发羼避摩擦学醪究藏着重要的推动作用,主要表现在以下几个方耐1.1流体润滑理论敷鼗篷瓣为基穑翁弹往藏体动力溺漆t篱称鹑流润滑)理论的建立魁润滑理论的重大发展。
现”计算机科学瓤数值分柝技术的迅猛发展,对于诲霪复杂的摩擦学现象都可能进行精确的定艇计算i静如,谯流体润滑研究中采用数值分析方法,已经建益f努蹙考惑肇攘表蘑撵性髟变、热教瘦、裘覆彩襞润滑膜流变陆能以及非稳态工况等实际因素影响, 万方数据机械工程学报第36卷第6期甚至于诸多因索综合影响的润滑璎沧汹j,为机械零件的润滑设计提供了更细符台实际的理论基础。
今后的旺务是将澜清理论有效迪应用予工程设计,其中对于禁些机械零件诸如齿轮蜗轮传动的实际接触情况复杂.1二缛中溺滑参数又不断变纯,它们的润滑设计还需要进一步宪藩l’l。
提台润漆莲实踞搬攮中存在的摄为罄遍瓣又最为复袭熬状态。
琏蓊徽理弹浚澜懑秘耀燧表露润潞数擅模拟疆突黝发展…,婕穆建立宠簧鲍混台澜滑理论劳应塌手工程设计成巍霹链。
混螽澜潜熬特垂至之一是辫穗塞援过程,雕润潜≮磨撰静埚食。
今后,在避…步完善粪实糍糙表蠹}满滑暂为游楱缀计蘑麓基础上,薪翡戮究强据霹嶷在于揭承黪攘避器中澜淆税籀与其袍过程如热效应,接懿形态器潦损瑷象的交望作用鞠辐夏影响。
对予这一方‘瑟的掰究.i辛算矾数值筷j!娄l仍然怒大有可为的。
现代机械的运行速度和载荷不断掇商,使得润滑骥的剪切攀翻蕊力疆蕴增大。
同时.为改善润淆油性能、通常饕添加大羹的由商分子他合物组成的添加荆.以及箕他娄餮润滑荆的应糟,这都造成润瀚膜强烈自§I#牛顿盼为,并成为影响润滑设计的不可忽视的因素,为此,人们根据试验测量提出了多袖类型的溜潞骥浚变攘裂及其本均方程,嬲时逐揭承出赢蜃固她、剪切稀化。
楣变手Ⅱ极限切应力等一系列耋要黔镪褒掺性爱其霹澜瀑行为妁影嫡。
近年亲,基予粘塑性期犍弹性浚变模型的润港瑾沦络到较大静发疆。
根据糕塑性瀛辫理论分叛1+校隈镯应力对手溺{孬骥豹作塌,褥囊在巍势切率下盎予润滑筷疆S&程溺辫骥洳嚣或弊霹上趱理瀑移避瓶丧交了承载能力,9。
在稿弹性流体澜淆繇究串,根据瀚簿表蕊的爱形情况。
揭示高裘褥产生藉损的条件・”=赢当指出,流变润滑研究逄需簧避行深A的瑗论分桁和太蘩的试验骈究:首先,逡今骈罐出的流变模型太多艇根据特定的润滑材料和3:况褥岛的.闲而适用范围局限,而本构方程中的流变参数还缺乏准确的实验数据二现有的本翰方程大都聚用简单的代数式,近来肖人试图用更复杂的微分式来表狂澜潦膜豹滚变行为。
此外,嚣孛朔流搏濑滑的数埴分辑也逐不尽究簧。
粥年代劫提出豹薄膜润游牧悫是濑瓣孵究的舞领域:糯%耐”撂爨,垂予润潜浚汁秘瓣王技术黪琴辑完善。
漉髂强潜貘灼蓐凄g盏减小、,髓总结出澜潜骥浮数量缀懿变讫蔻磐为:在20毽纪钧,嚣遥辫韵辅黎翡最,|、黢琴遥露在10~l∞瑚t莲强;到了50年代,稳态滑动轴承的膜瘁为lO∞;需80年代肉燃梳辩动辅承酌致,j、簇簿减夺舞l一抡£一,对于齿轮、滚动轴承等弹性流体动力澜滑簇豹厚菠雯小,为o+I—t.0}一;发展翻90年代,低弹性模囊表面葳磁记录装置澜滑鞋及塑性漉律动力润滑的膜群则介fO0l一0.10m甚至0.00l“m(郎lnm)数量缀,这种润潸状态通常投称为薄膜润滑。
Spikes等㈦以及作者领导的研究组u8t采粥不喻的光于涉技术对点接触酗的纳米璧级润滑薄膜的蝼熊进行了系统的试验研究。
研究指出,以皱米膜蓐为特{芷的薄膜润滑是介于弹流润滑与边界润澍之阉静状态。
逶棠童是为,弹漉润漪以皴性流体膜为姆艇。
它股从建续穷质力学的规律,磷边界润滑姒润滑露1分子蠢痔撵刊的墩辫摸为特诬。
默表露物理化学为磷宠纂础。
显然,作为中间状态的薄膜润滑蘧有流体壤和啜辫貘麴特点,溺褥澜瀑枫理复杂。
醋薅薄璇澜辫麓究海娃予超步阶段,摇理论秘斑篇上帮将曛为今嚣润辫蕊究的蕤镶域。
鸯关薄膜漓滑的形成橇理稻结构特征,色据在表爵能律硝下润滑簇分子青序傀及萁彰嗡、貘琴与润潜裁穆壤性畿的相关性瞄及瀚滑状悉转换等问麓都黼要通过泼骏研究避一步考察。
在数值模季蠡方甏,逆鬻要建立符合纳洙润滑膜舔掏特点的物理筷型与计算方法,以适应工程应用申薄膜润滑设计的需要。
经典连续介藤力学的基本锻设是孛窟料其有连续分布的密度,所有的守恒定律对于材料内部任~部分均成立,而经…点的状态仅与凌点无限小的邻域有关,因此在豢孝料的拳构关系中不出现特If疋长度,即不考虑材料内部鲍微观结均。
如果所研究对象的特蜒尺寸远大予褥料如帮终构的特程足寸,经典连续奔臻力学姆艇商效静。
然露+在薄膜澳辫状态下,涸瓣膜极游饺包禽十筑个或凡中个润游帮分子尺寸,_薅整势予瓣列誊彦。
鼗然,对予薄膜润滑状恋,当今浚体润滠理论纂予连续分委力学静分析方法不尽适瘸,需簦建霞…稀新懿考虑润辫簇跨罄微缝橡致其漉变特性的遵论。
1.2材料磨损与袭面豁理技术由于摩颓是税城设备豁主要失效形式之~,它所造成的经济损失十分巨大。
根据我冒80年代不宠垒统计,谯冶金矿ijj、农监机械、煤炭、电力和建筑材料五个工业部门每年仅用于瞎料磨损而需要补充的蠢搏达{∞万l铟妻于;叉如,约∞%的农业机具备搏鼹建予愿科磨损造成∞,约30%的锅炉镪管阁腐蚀襄擐蔼失效“…。
因此,关于材料磨损#L理及键离瓣壤性麴瓣宠受到摩擦学器的广4泛燕援j挂辩灼燃蹙性爵德物理、化学性能那榉羼予妨辩静羁裔持聿耄,掰楚裁终予摩擦学系统港多因案妇接缴条{牛、珏境夯震霸王缆等瓣缀佥影艉,蝗成一争 万方数据oo∞年6弼溢涛锊:健纪酾簸匈展望一一壤濂学研究的发解趋势特定的誉缝特性;同时,威摆又是发生理拱燃表甄毖的微观动态过程:困嬲壤损现象十分复杂薅且很礁实时理察+无论在燃料科攀或摩擦学中,它燕在理论和实践上都还不够宠蛰的研究领域。
早期的磨损研究大都限于性能试验。
20世纪60年代后期.电子显微镜及各种表面微观分析仪器商品化和广泛应用。
为磨损表露滕分秽亍提擞了研究磨损桃理的手段:与Jl{:慰时,随着材糕科学的发展,许多新型材料以及一系列表面处理技术的兴起,对磨损研究向宽度和深度七的发展起着重要的推动作用=酋先,现代材料磨损研究的领域已从以金属材料为主体扩展到非金属卡才料包括陶瓷、聚合物及复合材料的研究。
陶瓷作为新兴的耐磨材料还只有20多年的历史=1983年的醋际材料磨损会没上提如了许多关于陶瓷材料磨损的研究报告,其中不少涉及到实际应用u”・,此后陶瓷耐磨材料研究得到迅斑发展。
由于陶瓷材料具有特殊优良的性能,包括黼耐磨和耐鬻蚀能力、良好的高温稳瓮性及在稻当宽的温度范蔺内其肖较离的硬度,它对于在高温和璃蚀介质中工作的摩擦剐,其摩擦学性能远比其他众属材料优异,因而在高效动力机械中有着广泛臆用前景。
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聚合物蒋于有机商分子丰才辑,它其有某些其他持辑不能这剜的摩擦磨损性能,铡期舆翁很低的摩擦系数和较高的化学稳定性,有的聚台物还有抑制振动的能力,因而聚台扬可望成为优良的减摩耐磨材辩:避常穗一单蕊的树辩不能满鬣多种性能要求,遥年来各种天造复合材料又相继产生,包括戳金蓓和j#金蓓为基的萁有各种填充物的复合材料。
鲕鲡,在聚合物中加入石獭、三硫化钼或聚四氟己烯等固体润淆剂,可戳降低麟擦因数;为了改善聚合物的热传等性能蕊魏人青铺、锚或石墨粉束壤充物静复台材辩:发鹱至今鞠作滚壤耐密韦于辩漪聚合物及复合材料的种类繁多.晓有不少专著¨7;介绍它们的性能和稳用.今后酌研究舀标仍然是开发更高性能的品荦孥葶羹扩大凌幕范鼙;表落处璞技术或称表_螽改住麓近街年来摩擦学研究中发袋最为迅速的领域之一。