润滑复合材料的真空摩擦学特性研究

脲基润滑脂的摩擦学特性研究摩擦学是研究物体相互接触时的摩擦、磨损和润滑行为的学科。

在工程领域中，润滑脂被广泛应用于机械设备的润滑和保护中。

而脲基润滑脂作为一种常见的润滑材料，具有一系列优异的摩擦学特性。

本文将对脲基润滑脂的摩擦学特性展开研究。

首先，脲基润滑脂具有良好的摩擦降低特性。

摩擦是由于接触表面间相互作用力导致的，润滑脂通过分离接触表面，形成一个润滑膜，减少了表面之间的直接接触，从而降低了摩擦。

脲基润滑脂具有较高的润滑性能，能够在高温和高负载条件下有效降低摩擦系数，减少表面磨损。

其次，脲基润滑脂具有优异的极压性能。

在高负载和较高温度下，润滑脂容易受到挤出和破乳现象的影响，导致润滑失效。

然而，脲基润滑脂由于含有极压添加剂，能够在高压条件下形成致密的润滑膜，防止金属表面的直接接触，有效保护机械设备的工作正常。

此外，脲基润滑脂还具有良好的抗氧化性能和耐热性能。

在高温环境下，润滑脂容易发生氧化反应，导致润滑性能下降，从而影响机械设备的正常运行。

而脲基润滑脂具有优异的抗氧化性能和稳定性，能够在高温环境下长时间保持其润滑性能，延长机械设备的使用寿命。

此外，在湿润环境中，脲基润滑脂具有良好的防水性能。

当机械设备处于潮湿条件下工作时，水分会导致润滑脂的稀释和流失，从而降低了润滑效果。

然而，脲基润滑脂通过添加防水添加剂，能够在潮湿环境中有效防止水分对润滑脂的影响，提高了机械设备的工作稳定性。

在实际的工程应用中，脲基润滑脂已被广泛应用于各种机械设备。

例如，工业机械、汽车和航空航天设备等。

脲基润滑脂凭借着其优异的摩擦学特性，能够降低机械设备的磨损和摩擦，提高设备的工作效率和可靠性。

但是，脲基润滑脂也存在一些临界限制。

首先，高温环境下的脲基润滑脂容易在长时间操作之后发生变质。

其次，脲基润滑脂的价格相对较高，这在一定程度上限制了其在某些应用领域的广泛应用。

总之，脲基润滑脂具有优异的摩擦学特性，包括良好的摩擦降低特性、优异的极压性能、良好的抗氧化性能和耐热性能，以及良好的防水性能。

自润滑复合材料论文-自润滑材料及其摩擦特性摘要:自润滑复合材料是材料科学研究领域的一个重要发展方向,由于其在特殊使用条件下具有优良的摩擦学特性而受到人们的广泛关注。

本文主要介绍国内外自润滑复合材料的开发与进展,讨论了对材料摩擦学性能的影响因素。

关键词:固体润滑摩擦磨损自润滑复合材料一、前言:液态润滑(润滑油、脂)是传统的润滑方式,也是应用最为广泛的一种润滑方式。

但液体润滑存在一下问题:1.高温作用下添加剂容易脱落;2.随温度升高,其粘性下降,承载能力下降;3.高温环境下其性能衰减等问题;4.液体润滑会增加成本,如切削加工中的切削液;5.液体润滑会造成环境污染。

所以,自润滑材料已成为润滑领域的一类新材料,成为目前摩擦学领域的重要研究热点。

二、自润滑材料的种类自润滑材料一般分为金属基自润滑材料、非金属基自润滑材料和陶瓷自润滑材料。

其制备方法通常为粉末冶金法,此外,等离子喷涂、表面技术和铸造法也被应用于自润滑复合材料的制备。

1金属基自润滑材料金属基自润滑复合材料是以具有较高强度的合金作为基体,以固体润滑剂作为分散相,通过一定工艺制备而成的具有一定强度的复合材料。

目前已开发的金属基自润滑复合材料,如在铁基、镍基高温合金中添加适量的硫或硒及银基和铜基自润滑材料,都已得到一定程度的应用。

2非金属基自润滑材料非金属基自润滑材料主要是指高分子材料或高分子聚合物,如尼龙等。

它在航空航天、汽车制造、电子电气、医疗和食品加工等领域得到广泛应用。

目前高分子基自润滑材料的制备途径主要是通过聚合物与聚合物共混及添加纤维、晶须等来提高基体的机械强度;通过添加各类固体自润滑剂来提高摩擦性能。

3陶瓷自润滑材料陶瓷材料以其独特的特点和优点,使得陶瓷及陶瓷复合材料的自润滑研究已经引起了较为广泛的重视。

三、自润滑减摩材料的特点、性能1 粉末冶金法制造减摩材料的特点(1)在混料时可掺入各种固体润滑剂(如石墨、硫、硫化物、铅、二硫化钼、氟化钙等),以改善该材料的减摩性能;(2)利用烧结材料的多孔性,可浸渍各种润滑油,或填充固体润滑剂,或热敷和滚轧改性塑料带等,使材料更具自润滑性能,减摩性能特佳;(3)优良的自润滑性,使它能在润滑剂难以到达之处和难以补充加油或者不希望加油(如医药、食品、纺织等工业)的场合,能安全和无油污染的使用;(4)较易制得无偏析的、两种以上金属的密度差大的铜铅合金—钢背、铝铅合金—钢等双金属材料;(5)材料具有多孔的特性,能减振和降低噪声;(6)材质成分选择灵活性大,诸如无机材料金属及合金、非金属、化合物和有机材料聚合物等,均可加入其中,并能获得较理想的减摩性能,例如高石墨含量的固体润滑减摩材料等;(7)特殊用途的减摩材料,如空气轴承、液压轴承、耐腐蚀性轴承等,更发挥了粉末冶金减摩材料的特点。

ABSTRACTFriction and wear of mechanical equipment not only lead to a large amount of energy consumption, but also lead to the failure or damage of mechanical equipment, reducing its service life. Lubrication can effectively reduce the friction and wear of the friction pairs. Nanoparticles as lubricating additives are commonly used to improve lubricating properties. However, nanoparticles tend to agglomerate during the sliding process, which affects their tribological properties. Because of the synergistic effect of the composite particles, the composite particles have better lubricating performance. Therefore, the tribological properties of molybdenum disulfide magnetic composite particles were studied in this work.In this thesis, Fe3O4particles, MoS2nanoparticles and Fe3O4@MoS2nanoparticles were prepared by hydrothermal reaction. The three kinds of particles were dispersed in water and PAO4 base oil respectively for tribological tests. The tribological properties of these three kinds of nanoparticles were studied by means of analyzing the morphologies of frictional surfaces and the chemical valence states of the typical elements.The tribological properties of magnetic Fe3O4 nanoparticles, MoS2 nanoparticles and Fe3O4@MoS2 nanocomposite particles were studied as water based lubricant additives. The results show that the magnetic Fe3O4 particles can decrease the friction coefficient but increase the wear of the friction pair surface as the lubricating additive in deionized water system. When MoS2 nanoparticles and Fe3O4@MoS2 nanoparticles were used as lubricating additives in aqueous system, the friction coefficient and wear volume increased during the sliding process.Fe3O4 particles, MoS2nanoparticles and Fe3O4@MoS2 nanoparticles were added to PAO4 base oil as additives. Unfortunately, no lubricating effect was observed for Fe3O4 particles. However, both MoS2nanoparticles and Fe3O4@MoS2nanoparticles showed good lubricating effects. In addition, when Fe3O4@MoS2nanoparticles were used as lubricating additives, the lubricating effect was better, mainly because of the synergistic effect between Fe3O4magnetic core and MoS2 shell. It can be ascribed to the fact that the nano-composite particles are more easily adsorbed on the frictional interface, forming a sTablele adsorbed film and a solid tribo-film.Keywords: MoS2nanoparticles; Fe3O4@MoS2nanocomposites; Water lubrication; PAO4 oil lubrication; Lubricant additives; Lubrication mechanism目录第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2 Fe3O4微粒 (2)1.2.1 Fe3O4微粒简介 (2)1.2.2 Fe3O4微粒的摩擦学性能 (2)1.3 MoS2纳米微粒 (3)1.3.1 MoS2纳米微粒简介 (3)1.3.2 MoS2纳米微粒的摩擦学性能 (3)1.4磁性复合微粒 (5)1.4.1磁性复合微粒简介 (5)1.4.2磁性复合微粒的摩擦学性能 (6)1.5本文研究内容及意义 (7)1.5.1研究内容 (7)1.5.2研究意义 (7)第二章Fe3O4@MoS2复合微粒的制备与表征 (9)2.1引言 (9)2.2实验部分 (9)2.2.1 实验仪器与试剂 (9)2.2.2 Fe3O4微粒的制备 (11)2.2.3 MoS2纳米微粒的制备 (11)2.2.4 Fe3O4@MoS2复合微粒的制备 (12)2.2.5样品表征和测试 (13)2.3结果与讨论 (13)2.3.1 样品XRD表征结果分析 (13)2.3.2样品TEM表征结果分析 (14)2.3.3样品磁性能表征结果分析 (16)2.4本章小结 (17)第三章Fe3O4@MoS2复合微粒水分散体系的摩擦学性能研究 (18)3.1引言 (18)3.2实验部分 (18)3.2.1实验材料 (18)3.2.2实验方法 (18)3.3结果与讨论 (20)3.4.1摩擦实验结果 (20)3.4.2摩擦表面形貌分析 (23)3.4本章小结 (34)第四章Fe3O4@MoS2复合微粒油分散体系的摩擦学性能研究 (35)4.1引言 (35)4.2实验部分 (35)4.2.1实验材料 (35)4.2.2实验方法 (35)4.3结果与讨论 (37)4.3.1摩擦实验结果 (37)4.3.2摩擦表面形貌分析和表征 (39)4.4本章小结 (47)第五章总结与展望 (48)5.1总结 (48)5.2展望 (48)参考文献 (50)攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况 (57)插图清单图2.1 Fe3O4微粒形成示意图 (11)图2.2 MoS2纳米微粒形成示意图 (12)图2.3 Fe3O4@MoS2复合微粒形成示意图 (13)图2.4 Fe3O4微粒（a），MoS2纳米微粒（b）和Fe3O4@MoS2复合微粒（c）的XRD 图谱 (14)图2.5 Fe3O4微粒（a），MoS2纳米微粒（b, c）和Fe3O4@MoS2复合微粒（d, e）的透射电镜和高分辨率透射电镜图 (15)图2.6 Fe3O4@MoS2复合微粒的透射电镜图（a）和相应的元素分布图（b-e） (16)图2.7 Fe3O4微粒和Fe3O4@MoS2复合微粒的磁滞回曲线图 (17)图3.1超声波处理后瞬间（a）和超声处理后30 min（b）的水（Ⅰ）和水分别添加1wt%Fe3O4（Ⅱ），1wt％MoS2（Ⅲ）和1wt％Fe3O4@MoS2（Ⅳ）的数码照片 (19)图3.2摩擦学实验装置示意图 (19)图3.3含0, 0.25, 0.5, 1, 2 wt% Fe3O4微粒水润滑下润滑体系的摩擦系数-时间变化图（a），平均摩擦系数（b）和下试样的磨损体积（c） (21)图3.4含0, 0.25, 0.5, 1, 2 wt%MoS2纳米微粒水润滑下润滑体系的摩擦系数-时间变化图（a），平均摩擦系数（b）和下试样的磨损体积（c） (22)图3.5含0, 0.25, 0.5, 1, 2 wt%Fe3O4@MoS2复合微粒水润滑下润滑体系的摩擦系数-时间变化图（a），平均摩擦系数（b）和下试样磨损体积（c） (23)图3.6含0, 0.25, 0.5, 1, 2 wt% Fe3O4微粒水润滑下下试样的磨痕轮廓曲线（a）和光学显微照片（b-f） (24)图3.7含0, 0.25, 0.5, 1, 2 wt%Fe3O4微粒水润滑下下试样的表面粗糙度（a）和摩擦表面三维形貌（b-f） (25)图3.8在添加0, 0.25, 0.5, 1, 2 wt%Fe3O4微粒的水润滑下上试样的磨斑直径（a）和光学显微照片（b-f） (26)图3.9含0, 0.25, 0.5, 1, 2 wt%MoS2纳米微粒的水润滑下下试样的磨痕轮廓曲线（a）和光学显微照片（b-f） (28)图3.10含0, 0.25, 0.5, 1, 2 wt%MoS2纳米微粒水润滑下下试样的表面粗糙度（a）和摩擦表面三维形貌（b-f） (29)图3.11含0, 0.25, 0.5, 1, 2 wt%MoS2纳米微粒的水润滑下上试样的磨斑直径（a）和光学显微照片（b-f） (30)图3.12含0, 0.25, 0.5, 1, 2 wt%Fe3O4@MoS2复合微粒水润滑下下试样的磨痕轮廓曲线（a）和光学显微照片（b-f） (31)图3.13含0, 0.25, 0.5, 1, 2 wt%Fe3O4@MoS2复合微粒水润滑下下试样的表面粗糙度（a）和摩擦表面三维形貌（b-f） (32)图3.14含0, 0.25, 0.5, 1, 2 wt%Fe3O4@MoS2复合微粒水润滑下上试样的磨斑直径（a）和光学显微照片（b-f） (33)图4.1超声波处理后瞬间（a）和超声处理后12h（b）的PAO4（Ⅰ）和PAO4分别添加1wt%Fe3O4（Ⅱ），1wt％MoS2（Ⅲ）和1wt％Fe3O4@MoS2（Ⅳ）的数码照片 (36)图 4.2合成基础油PAO4和0.25, 0.5, 1, 2 wt%的Fe3O4微粒、MoS2微粒和Fe3O4@MoS2复合微粒润滑添加剂的摩擦系数-时间变化图 (38)图 4.3合成基础油PAO4和0.25, 0.5 ,1 , 2 wt%的Fe3O4微粒、MoS2微粒和Fe3O4@MoS2复合微粒作为润滑添加剂的平均摩擦系数图 (39)图4.4浓度分别为0, 0.25, 0.5, 1, 2wt%的Fe3O4微粒（a-e）、MoS2微粒（f-j）和Fe3O4@MoS2复合微粒（k-o）作为润滑添加剂时磨痕的光学显微照片 (40)图4.5 PAO4（a），添加1wt%Fe3O4的PAO4（b），添加1wt%MoS2的PAO4（c）和添加1wt%Fe3O4@MoS2的PAO4（d）润滑的磨损表面的SEM图 (41)图4.6 PAO4（a），添加1wt%Fe3O4的PAO4（b），添加1wt%MoS2的PAO4（c）和添加1wt%Fe3O4@MoS2的PAO4（d）润滑的磨损表面C1s的XPS谱图 (42)图4.7 PAO4（a），添加1wt%Fe3O4的PAO4（b），添加1wt%MoS2的PAO4（c）和添加1wt%Fe3O4@MoS2的PAO4（d）润滑的磨损表面Fe2p的XPS谱图 (43)图4.8 PAO4（Ⅰ），添加1wt%Fe3O4的PAO4（Ⅱ），添加1wt%MoS2的PAO4（Ⅲ）和添加1wt%Fe3O4@MoS2的PAO4（Ⅳ）润滑下的磨损表面Mo3d（a）和S2p（b）的XPS谱图 (44)图 4.9 PAO4，添加1wt%Fe3O4的PAO4，添加1wt%MoS2的PAO4和添加1wt%Fe3O4@MoS2的PAO4润滑下的磨损表面的EDS图 (45)图4.10 PAO4介质下润滑机理的示意图：不添加添加剂（a）、添加Fe3O4纳米微粒（b）、MoS2纳米微粒（c）和Fe3O4@MoS2复合微粒（d） (46)表格清单表2.1实验仪器 (10)表2.2实验试剂 (10)表3.1摩擦学实验参数 (20)表4.1摩擦学实验参数 (37)第一章绪论第一章绪论1.1引言随着社会进步和科学技术的发展，人们对于能源的消耗越来越关注。

石墨烯摩擦学及石墨烯基复合润滑材料的研究进展一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子紧密排列形成的二维晶体材料，自2004年被科学家首次成功分离以来，其独特的物理和化学性质引起了全球科研人员的广泛关注。

石墨烯以其超高的电导率、热导率、强度以及优良的摩擦学性能，在众多领域展现出巨大的应用潜力。

特别是在摩擦学领域，石墨烯及其基复合润滑材料的研究，对于提高机械部件的运行效率、降低能耗、延长使用寿命等方面具有深远的意义。

本文旨在全面综述近年来石墨烯摩擦学及石墨烯基复合润滑材料的研究进展。

我们将从石墨烯的基本性质出发，深入探讨其摩擦学特性，包括摩擦系数、磨损率等关键指标。

随后，我们将重点介绍石墨烯基复合润滑材料的制备工艺、性能优化及其在实际应用中的表现。

本文还将对石墨烯在摩擦学领域的未来研究方向和应用前景进行展望，以期为相关领域的科研工作者和工程师提供有益的参考和启示。

二、石墨烯的摩擦学特性石墨烯，作为一种新兴的二维纳米材料，自其被发现以来，便因其独特的物理和化学性质引起了摩擦学领域的广泛关注。

石墨烯的摩擦学特性主要表现在其超常的力学性能和极低的摩擦系数上。

石墨烯的力学性能卓越，其杨氏模量高达0 TPa，抗拉强度约为130 GPa，这使得石墨烯在承受压力时表现出极高的稳定性。

因此，在摩擦过程中，石墨烯可以作为有效的承载层，减少摩擦界面的磨损。

石墨烯具有极低的摩擦系数。

研究表明，石墨烯在多种材料表面上的摩擦系数都低于1，甚至在某些条件下可以达到超低摩擦状态。

这种低摩擦特性使得石墨烯在润滑材料领域具有巨大的应用潜力。

石墨烯还具有出色的热稳定性和化学稳定性，这使得它在高温、高湿、高腐蚀等恶劣环境下仍能保持稳定的摩擦性能。

因此，石墨烯不仅可以在常规条件下作为润滑材料使用，还可以在极端条件下发挥出色的润滑效果。

然而，尽管石墨烯具有诸多优点，但在摩擦学应用中也存在一些挑战。

例如，石墨烯的层间剪切强度较低，容易在摩擦过程中发生滑移，导致摩擦系数的波动。

自润滑复合材料论文-自润滑材料及其摩擦特性摘要:自润滑复合材料是材料科学研究领域的一个重要发展方向，由于其在特殊使用条件下具有优良的摩擦学特性而受到人们的广泛关注。

本文主要介绍国内外自润滑复合材料的开发与进展，讨论了对材料摩擦学性能的影响因素。

关键词：固体润滑摩擦磨损自润滑复合材料一、前言：液态润滑(润滑油、脂是传统的润滑方式，也是应用最为广泛的一种润滑方式。

但液体润滑存在一下问题:1.高温作用下添加剂容易脱落；2。

随温度升高，其粘性下降，承载能力下降；3.高温环境下其性能衰减等问题；4。

液体润滑会增加成本,如切削加工中的切削液；5.液体润滑会造成环境污染.所以,自润滑材料已成为润滑领域的一类新材料,成为目前摩擦学领域的重要研究热点。

二、自润滑材料的种类自润滑材料一般分为金属基自润滑材料、非金属基自润滑材料和陶瓷自润滑材料。

其制备方法通常为粉末冶金法,此外,等离子喷涂、表面技术和铸造法也被应用于自润滑复合材料的制备。

1金属基自润滑材料金属基自润滑复合材料是以具有较高强度的合金作为基体,以固体润滑剂作为分散相，通过一定工艺制备而成的具有一定强度的复合材料。

目前已开发的金属基自润滑复合材料,如在铁基、镍基高温合金中添加适量的硫或硒及银基和铜基自润滑材料，都已得到一定程度的应用。

2非金属基自润滑材料非金属基自润滑材料主要是指高分子材料或高分子聚合物，如尼龙等.它在航空航天、汽车制造、电子电气、医疗和食品加工等领域得到广泛应用。

目前高分子基自润滑材料的制备途径主要是通过聚合物与聚合物共混及添加纤维、晶须等来提高基体的机械强度；通过添加各类固体自润滑剂来提高摩擦性能。

3陶瓷自润滑材料陶瓷材料以其独特的特点和优点,使得陶瓷及陶瓷复合材料的自润滑研究已经引起了较为广泛的重视。

三、自润滑减摩材料的特点、性能1 粉末冶金法制造减摩材料的特点(1在混料时可掺入各种固体润滑剂(如石墨、硫、硫化物、铅、二硫化钼、氟化钙等，以改善该材料的减摩性能；(2利用烧结材料的多孔性，可浸渍各种润滑油，或填充固体润滑剂,或热敷和滚轧改性塑料带等，使材料更具自润滑性能，减摩性能特佳；（3优良的自润滑性,使它能在润滑剂难以到达之处和难以补充加油或者不希望加油（如医药、食品、纺织等工业的场合,能安全和无油污染的使用；（4较易制得无偏析的、两种以上金属的密度差大的铜铅合金-钢背、铝铅合金-钢等双金属材料；（5材料具有多孔的特性，能减振和降低噪声;(6材质成分选择灵活性大，诸如无机材料金属及合金、非金属、化合物和有机材料聚合物等,均可加入其中，并能获得较理想的减摩性能，例如高石墨含量的固体润滑减摩材料等;（7特殊用途的减摩材料，如空气轴承、液压轴承、耐腐蚀性轴承等，更发挥了粉末冶金减摩材料的特点。

石墨烯摩擦学及石墨烯基复合润滑材料的研究进展
近年来，随着新型润滑材料的不断发展，石墨烯摩擦学和石墨烯基复合润滑材料的研究也随之受到了极大的关注。

石墨烯摩擦学是一门复杂的科学，它使得石墨烯的摩擦系数及受力机制的研究变得十分重要。

在摩擦学方面，石墨烯的受力机制因其原子结构的特点而受到广泛的研究，并且已经取得了很多突破。

例如，比较细致的有关团簇行为的计算研究表明，石墨烯具有较低的剥离力、抗滑移力以及抗压力等特性。

此外，石墨烯的摩擦学性能还受到抗磨损的因素的影响。

诸如温度、湿度等环境因素都可能影响石墨烯表面的摩擦性能，这在摩擦学领域也有其重要性，因此也是一个需要被进一步研究的问题。

石墨烯基复合润滑材料的研究也受到了广泛关注。

这种复合材料具有优异的润滑性能和耐磨损性能，因而可以保持持久不变的摩擦力学性能。

在有关石墨烯复合润滑材料的研究中，研究人员已经研究出了一些有效的方法来改善石墨烯的摩擦性能，从而可以在润滑材料中获得更佳的性能。

其中，最常见的方法是将石墨烯和其他润滑材料混合制成复合材料，从而可以获得较好的润滑性能。

此外，将石墨烯添加到油脂中也是一种有效的方法，尤其是在高温环境下，石墨烯可以提供良好的润滑性能，这也从另一个角度显示了石墨烯基复合润滑材料的潜力。

总之，石墨烯摩擦学和石墨烯基复合润滑材料的研究已经取得了长足的进展，未来将继续研究石墨烯的摩擦学性能和受力机制，并且利用石墨烯基复合润滑材料来改善润滑油脂的性能，以适应不断发展的润滑材料需求。

固态润滑薄膜摩擦副摩擦特性研究摩擦学是研究固体间接触与相对运动时产生的摩擦与磨损现象的学科，广泛应用于机械工程、材料科学、表面工程等领域。

在摩擦学中，润滑技术被用于减少动摩擦副之间的接触面积和减小摩擦力，以延长工件的使用寿命。

固态润滑薄膜是一种应用于工业摩擦副的新型润滑材料。

它具有高温抗磨和耐腐蚀等特性，适用于高温、高速、高负荷和恶劣工况下的摩擦副润滑。

本文将对固态润滑薄膜摩擦副的摩擦特性进行研究和探讨。

首先，固态润滑薄膜的摩擦特性与表面物理和化学特性密切相关。

实验研究表明，固态润滑薄膜能够在摩擦副表面形成均匀、连续和致密的润滑膜，这是由于薄膜与摩擦副表面分子间的吸附和表面反应所导致的。

薄膜的吸附能力和稳定性决定了其润滑性能的优劣。

因此，研究薄膜的物理和化学特性，如厚度、成分、表面形貌等，对于理解固态润滑薄膜的摩擦特性至关重要。

其次，固态润滑薄膜的摩擦特性与工作条件有密切关系。

不同的工作环境和工作状态会对薄膜的润滑效果产生影响。

例如，在高温条件下，薄膜的稳定性和抗氧化性能非常重要，因为高温容易导致薄膜的氧化和热分解。

此外，在高速和高负荷条件下，薄膜的抗磨性能和减摩效果更加关键。

因此，在研究固态润滑薄膜的摩擦特性时，需要考虑到不同的工作条件对摩擦副的影响。

进一步研究发现，摩擦副表面的微观变形和应力分布也会影响固态润滑薄膜的摩擦特性。

摩擦副的载荷和速度会导致摩擦表面的塑性变形和应力集中，这可能会破坏薄膜的完整性和稳定性。

因此，设计和优化摩擦副的几何形状和材料特性对于提高固态润滑薄膜的润滑效果和抗磨性能至关重要。

此外，摩擦副润滑薄膜的摩擦特性还与润滑油的性质有关。

固态润滑薄膜通常与润滑油共同工作，以实现更好的摩擦和磨损控制效果。

润滑油的粘度、添加剂和基础油种类可以影响润滑薄膜与摩擦副的相互作用和摩擦特性。

因此，研究润滑薄膜与润滑油之间的相互作用机制对于优化摩擦副的润滑效果非常重要。

在固态润滑薄膜摩擦副的研究中，还可以利用各种表征手段来评估薄膜的摩擦特性。

第33卷第2期中㊀国㊀表㊀面㊀工㊀程Vol.33No.22020年4月CHINA SURFACE ENGINEERINGApril 2020收稿日期:2019-10-10;㊀修回日期:2020-04-01通信作者:朱新河(1964 ),男(汉),教授,博士;研究方向:船机零件的摩擦磨损控制;E-mail :xinhe@ 基金项目:辽宁省自然科学基金(2019-ZD -0148);中央高校基本科研业务费(3132019331)Fund :Supported by Natural Science Foundation of Liaoning Province (2019-ZD -0148)and Fundamental Research Funds for Central Universities(3132019331)引用格式:付景国,徐长旗,朱新河,等.表面微织构复合固体润滑材料的摩擦学性能研究进展[J].中国表面工程,2020,33(2):15-28.FU J G,XU C Q,ZHU X H,et al.Research progress of surface micro-texture combined with solid lubricants on tribological proper-ties [J].China Surface Engineering,2020,33(2):15-28.doi:10.11933/j.issn.10079289.20191010001表面微织构复合固体润滑材料的摩擦学性能研究进展付景国,徐长旗,朱新河,张蓬予,刘耕硕,严志军(大连海事大学轮机工程学院,大连116026)摘㊀要:为提高摩擦副之间的摩擦学性能,润滑油添加剂㊁低摩擦表面以及表面微织构等作为改善表面摩擦学性能的手段已得到国内外研究工作者的广泛关注并取得了一定的成果,而表面微织构复合固体润滑材料技术作为一种集成了已有各种减摩手段优点的复合技术开始被研究㊂文中综述了表面微织构与固体润滑材料复合的物理和化学方法;评述了表面微织构几何形状㊁参数和固体润滑材料种类对复合表面摩擦学性能的影响;分析了表面微织构复合固体润滑材料的减摩机制;最后指出了该复合技术目前尚待解决的问题,并对该技术下一步的发展方向和实际应用进行了展望㊂关键词:表面微织构;固体润滑材料;复合技术;摩擦学性能中图分类号:TH117文献标志码:A文章编号:1007-9289(2020)02-0015-14Research Progress of Surface Micro-texture Combined with SolidLubricants on Tribological PropertiesFU Jingguo,XU Changqi,ZHU Xinhe,ZHANG Pengyu,LIU Gengshuo,YAN Zhijun(School of Marine Engineering,Dalian Maritime University,Dalian 116026,China)Abstract :In order to improve the tribological properties of friction pair,lubricant additives,low-friction surfaces and surfacemicro-textures have aroused great attention by worldwide scientists as means to improve surface tribological properties and havealready achieved certain results.However,surface micro-textures combined with solid lubricants has begun to be studied as acomposite technology because of the integration of existing anti-friction measures.The physical and chemical methods for thecomposite of surface micro-textures and solid lubricants were reviewed.The effects of geometrical shape,parameters of surfacemicro-texture and types of solid lubricants on the tribological properties of composite surface were reviewed.The anti-frictionmechanism of the composite technology was analyzed.Finally,the unsolved problems of composite technology were pointed out,and the development direction and practical application of this technology in the future were proposed.Keywords :surface micro-texture;solid lubricants;composite technology;tribological property0㊀引㊀言摩擦会导致机械零件失效和系统效率的降低,增加动力能源消耗,由于摩擦造成的机械能量损失高达10%~20%[1]㊂为减少摩擦,研究人员针对摩擦副已提出并实施了各种手段,例如改善润滑油性能㊁制备低摩擦表面和表面微织构等㊂改善润滑油性能主要是往在用润滑油中添加功能性的微纳材料,如添加具有减摩抗磨性能的WS 2[2]㊁MoS 2[3]㊁LaF [4]㊁石墨烯[5]等粉体㊂制备低摩擦表面是在在摩擦副之间通过增加易剪切的自润滑材料,利用材料自身的润滑特性来减中㊀国㊀表㊀面㊀工㊀程2020年少表面摩擦,如在摩擦表面形成固体润滑薄膜[6-7]或涂覆自润滑材料[8-9]㊂表面微织构则是通过在摩擦副表面加工不同微造型来减少摩擦副之间实际接触面积,储存润滑油和磨损产物来减少摩擦,如圆形微织构[10]㊁三角形微织构[11]㊁矩形微织构[12]等㊂然而在研究过程中发现表面微织构不仅可以作为液体润滑剂的储存器,还可以作为固体润滑剂或其他功能性材料的储存器㊂此复合方法是将上述现有的减摩手段进行综合处理,即在表面微织构内填充固体润滑材料,让其在使用过程中逐渐释放出来,起到减摩作用㊂填充的固体润滑材料种类也相对较多,如单一固体润滑材料[13-14]㊁多种单一固体润滑材料的混合物等[15]㊂在研究中发现,表面微织构与固体润滑材料复合之后,呈现出比单一表面处理方法更优的减摩耐磨效果[16],并且可针对不同的工况发挥不同的作用㊂在油润滑条件下,固体润滑材料会逐渐释放至摩擦副间的润滑油中;在干摩擦条件,固体润滑材料直接作用在发生摩擦的部位㊂除此之外,表面微织构仍能起到储存磨损产物的作用㊂文中在评述表面微织构复合固体润滑材料的方法,分析减摩因素以及减摩机理的基础上,综述了表面微织构复合固体润滑材料技术最新的研究与发展概况,并探讨复合技术所遇到的问题,为相关研究提供一定的思路,希望对探索机械零件减摩耐磨新方法㊁新途径及其潜在应用提供一定的参考价值㊂1㊀微织构表面固体润滑材料的复合工艺由于研究者研究领域的不同,并在考虑固体润滑材料和应用工况的基础上,微织构表面固体润滑材料的复合工艺也有所不同㊂目前,复合工艺种类繁多,如机械涂覆㊁热压填充㊁有机树脂粘接㊁气相沉积等众多物理和化学方法,由于复合工艺的不同,复合涂层所展现出的摩擦学性能和使用寿命也有一定的差异㊂1.1㊀机械涂覆法机械涂覆法是通过反复的机械作用力将干燥的固体润滑材料粉体涂抹在试样表面,形成润滑膜,达到与基体间的物理结合状态㊂具体操作步骤是先将涂覆布固定在旋转盘上,并将一定量的固体润滑材料均匀分散在涂覆布上,使经过抛光和超声清洗的试样与涂覆布上的润滑材料在一定载荷下对磨,在旋转盘的缓慢匀速转动中制备复合涂层㊂Wu等[17]在Ti-6Al-4V合金微织构表面上机械涂覆MoS2固体润滑剂,并在旋转球盘接触下进行高速干摩擦试验㊂结果表明,填充有MoS2固体润滑剂的钛合金微织构表面呈现出较好的摩擦学性能,与光滑表面相比,其摩擦因数最高可降低40%,且波动明显降低;摩擦温度最高也降低15%㊂周后明等[18]通过特殊材质的布料将MoS2基复合固体润滑剂机械涂覆在具有微织构的硬质合金刀具前刀面上㊂结果发现,填充有MoS2/Sb2O3复合固体润滑剂的微织构刀具在高㊁低速切削时都表现出较低的切削力,且切削温度比传统刀具下降11%~25%㊂另外,Li等[19]试验了具有微织构的不锈钢表面与MoS2润滑剂复合后在600ħ条件下的摩擦学性能㊂结果表明在高温条件下,复合表面具有较低的摩擦因数和磨损率㊂还有研究者在机械涂覆固体润滑材料之前,对基体试样进行了预处理㊂Rapoport等[20]在机械涂覆MoS2润滑剂之前,先对钢基体表面抛磨一层硫化物或硒化物的微纳颗粒用以增加MoS2与钢基体之间的结合强度,通过多功能摩擦磨损试验机对钢表面激光微织构内填充固体润滑剂的粘附力和使用寿命进行了研究㊂结果证明, CdZnSe作为粘结层时,所制备的复合表面具有最佳的摩擦因数,此时表面MoS2润滑膜层的磨损寿命是单独涂覆MoS2润滑膜层的两倍㊂Li 等[21]试验了将MoS2微纳粉末机械涂覆在含银镍基合金表面微织构内,并通过环盘式摩擦磨损试验机检验其在室温至600ħ条件下的摩擦学性能㊂结果表明,试样摩擦因数会随着温度的增加而增加;填充MoS2粉末试样在室温至400ħ条件下,其摩擦因数稍低于未织构合金试样,高于400ħ时,其摩擦因数仍维持在较低的水平,而未织构合金试样的摩擦因数则上升较快㊂机械涂覆法因操作简单,易于达到填充效果,是目前应用较为广泛的复合方法之一,但对固体润滑剂的填充效果一般,结合强度不高㊂1.2㊀热压填充法热压填充法是采用加热和加压的方法将固61㊀第2期付景国,等:表面微织构复合固体润滑材料的摩擦学性能研究进展体润滑材料填充于微织构表面内的处理过程㊂首先将填充的固体润滑材料过量的涂覆于已微织构加工试样表面,在一定温度和压力下利用热压机进行热压成形,制成试样毛坯㊂毛坯试样经砂纸抛光去除表面多余的固体润滑材料,最终制备复合表面,具体过程如图1所示[16]㊂图1㊀热压加工过程[16]Fig.1㊀Process of hot pressingHu等[16]对比了热压填充法与机械涂覆法对试样摩擦学性能的影响㊂结果发现,在表面微坑内热压MoS2固体润滑剂所制备的涂层具有极低的摩擦因数和长的磨损寿命,比机械涂覆固体润滑剂的摩擦因数降低约1倍,磨损寿命提高约35倍㊂其分析原因是,热压使微坑中的润滑剂涂层密度增加,其固体润滑剂的储存量大约是机械涂覆的20倍;另外,热压处理还可增强固体润滑剂与基材的粘结强度㊂华希俊等[22-23]采用热压的方法对表面微织构复合固体润滑材料做了一系列研究㊂他先将微纳MoS2粉末热压填充至45钢表面激光微织构内,在销盘线接触摩擦磨损试验机上考察了其作为复合固体润滑剂在干摩擦条件下的摩擦学性能㊂研究结果发现微织构中填充的MoS2在摩擦过程中转移至试样接触表面,并形成稳定可靠的固体润滑膜,提高摩擦表面的减摩耐磨性能㊂除此之外,他还发现在油润滑状态下的表面激光微织构填充固体润滑剂仍能对摩擦副表面起到减摩耐磨作用㊂孙友松等[24]则将微织构填充方法应用在传动螺母上,首先通过3D纺织技术编织出具有纹理结构的螺旋面状碳纤维,并采用半干法将微纳固体润滑剂复合在碳纤维上研究其摩擦磨损性能,经与高性能青铜ZCuSn10Pb1螺母对比,复合材料螺母摩擦因数降低了21.2%,传动效率也相对提高了10.6%㊂由此看出,采用热压填充法可增加固体润滑材料在微织构内的存储量和粘结强度,所得的摩擦学效果要好于机械涂覆法,但热压夹具的形状对其应用范围影响较大,平面试样可较容易得到加工效果,对于非平面试样的加工难度较大㊂1.3㊀有机树脂粘结法表面微织构内的固体润滑材料的填充方式直接影响着其使用寿命,尽管热压填充方法在一定程度上增加了其使用寿命,降低其释放速率,但研究发现有机树脂粘结法,即将环氧树脂或其他树脂类有机物作为粘接剂与固体润滑材料混合后填充于微织构表面的方法,表现更佳的作用时效,使用寿命也有所提高㊂通常,粘结法先将粘接剂与固体润滑材料按不同质量比混合均匀,涂覆于已加工试样表面,之后经过一定时间的冷凝压制或热压成形,制成试样毛坯,最后经砂纸研磨㊁抛光,加工成摩擦磨损试样㊂或者将试样浸入到经丙酮稀释的粘接剂与固体润滑材料的悬浮液中,静置一段时间,取出后放入干燥箱依次进行低温保温固化,高温保温固化,制成试样㊂因此,有学者把树脂类材料与固体润滑材料混合在一起封装在表面微织构内,研究其协同作用下的摩擦学性能,并取得了一定的成果㊂表1总结了部分不同树脂与固体润滑材料在微织构内的协同作用效果㊂尹延国[25],乔姣飞[26],秦永坤[27]等研究了环氧树脂与MoS2的混合物对试样的摩擦学性能影响,发现环氧树脂粘接剂可有效地填充在表面微织构内,形成复合润滑膜层,并且表面微织构内填充混合固体润滑膜有着更优异的摩擦学性能,其摩擦因数的降低和膜层寿命的提高与环氧树脂的含量有一定的关系㊂黄仲佳等[28]则使用5%酚醇树脂粘结剂改善固体润滑剂的粘结性能,并通过机械涂覆的方法将混合润滑材料填充在45钢表面电解加工的微织构内,发现微织构中填充的固体润滑材料在摩擦过程可转移至接触表面并能形成稳定可靠的固体润滑膜,提高摩71中㊀国㊀表㊀面㊀工㊀程2020年㊀㊀㊀表1㊀树脂与固体润滑材料协同作用下的摩擦学性能Table 1㊀Tribological properties under the synergistic effect of resin and solid lubricantsComposite materialsMatrixProcessing methodWorking conditionPropertiesRefE54epoxy resin +graphite +MoS 245steelSpraying and curing under 160ħDry sliding on Pin-on-disk tribometerThe addition of MoS 2can improve anti-friction and wear-resisting performance than one-component solid lubrication[25]E51epoxy resin +MoS 245steelSprayingandcuring under 200ħDry sliding on ring-on-disk tribometerThe sample with texture density of 20%hasthe smallest COF and 2.25times wear life.[26]epoxy resin +MoS 2Ti6Al4ValloyPEO +Impregnation Dry sliding on pin-on-disk tribometerThe COF reduces from 0.135to 0.25.Wear life increases from 50min to 80min.[27]5%phenolicresin +MoS 245steelSmearing andcuring under 60ħDry sliding on ring-on-disk tribometerThe COF reduces from 0.3to 0.08.[28]AB adhesive +MoS 245steelSmearing and curing under room temperature Dry sliding on pin-on-disk tribometerThe COF is the smallest,about 0.12,whenthe quality content of AB adhesive is 50%.[29]Polyimide (PI)+MoS 245steelSmearing andhot pressingDry sliding on pin-on-disk tribometerThe COF is the smallest,about 0.11,when the quality content of PI is 20%.[30]擦表面的减摩耐磨性能㊂华希俊等也先后研究了AB 胶[29]㊁聚酰亚胺(PI)[30]与MoS 2微纳粉体合后形成黏结型混合固体润滑剂填充在表面微织构内的摩擦学性能㊂研究结果都显示混合固体润滑剂填充的微织构表面的摩擦因数均随着载荷和转速的增大而减小,且高速重载更有利于润滑膜的形成;并且粘接剂含量存在一个最优值,AB 胶质量含量为50%时,摩擦因数最低,约为0.12;聚酰亚胺质量分数为20%时,摩擦因数最低,约为0.11㊂尽管目前缺少有机树脂粘结法与上述两种加工方法在同一条件下的对比,但从现有的试验数据来看,有机树脂粘结法仍能较大的改善试样的摩擦学性能㊂1.4㊀气相沉积法气相沉积法是利用气相中发生的物理㊁化学反应,在工件表面形成功能性或装饰性的金属㊁非金属或化合物涂层㊂气相沉积法按照成膜机理,可分为化学气相沉积㊁物理气相沉积和等离子体气相沉积㊂表2总结了使用物理气相沉积法在表面微织构内填充固体润滑材料的作用效果㊂表2㊀物理气相沉积法在表面微织构内填充固体润滑剂的摩擦学性能Table 2㊀Tribological properties of textured surface filled with solid lubricants through physical vapour depositionComposite materials Matrix Working conditionPropertiesRefWS 2WC /TiC /Coce-mented carbideDry cutting testCutting force reduces by 44%,cutting temperature reduces by 16%,COF reduces by 16%under high cutting speed of 250m/min[31]TiAlN WC +6%Co ce-mented carbideDry cutting testThe texture increases the adhesion strength between the coatingsand substrate,reduces the wear rate of rake face and reduces the roughness of the machined surfaces.[32]WS 2+Zr Al 2O 3/TiC ceram-ic surfaceDry sliding on ball-on-disk tribometerNano-textures increases the adhesion strength between the coat-ings and substrate,and the COF reduces from 0.5to 0.06.[33]W-S-CWC +8%Co ce-mented carbide Dry sliding on ball-on-disk tribometer The reduction percentage of average COF of the textured surfaceis up to 80%when the density is in the range from 0%to 9%.[35]81㊀第2期付景国,等:表面微织构复合固体润滑材料的摩擦学性能研究进展㊀㊀Deng [31],Liu [32]等采用物理气相沉积的方法在具有微织构的WC /Co 硬质合金刀具前刀面沉积固体润滑材料,通过车床切削试验检验其切削性能㊂结果表面微织构复合固体润滑材料可以降低切削力,切削温度和摩擦因数,并且微织构的存在还可以增加沉积涂层与基体的粘结强度㊂Xing 等[33-34]则对Al 2O 3/TiC 陶瓷微织构表面上沉积WS 2/Zr 复合涂层在湿切削和干切削工况下的摩擦学性能进行了研究㊂结果表明微织构与WS 2/Zr 复合涂层均能表现出较好的摩擦学性能,并且表面微织构可以改变切刀应力分布,进而增加涂层与基体的结合强度,延长涂层的使用寿命㊂另外,W-S-C 涂层[35]㊁TiAlN 涂层[36]也通过气相沉积的方法沉积在具有微织构的硬质合金表面,测试结果都表明表面微织构与润滑材料的协同作用可以极大地改善其摩擦学性能㊂除此之外,还有学者研究了具有微织构的气相沉积涂层的摩擦学性能㊂Waldemar 等[37]利用气相沉积的方法在发动机气缸套内表面沉积DLC 涂层,然后采用机械加工的方法在其上加工出直径为0.25~0.35mm,深度为4~6μm 的微坑,测试结果表明,在同样运转工况条件下,由于摩擦功耗的减少,使用微织构DLC 涂层气缸套的发动机比原始发动机输出的功率增加约5.8%,转速约增加1000r /min㊂Pakula 等[38]在塞隆陶瓷表面上气相沉积Al 2O 3+TiN 涂层后进行微织构,测试结果表明,复合润滑结构的摩擦因数可降低15%㊂气相沉积技术在基体表面得到的润滑涂层细致㊁紧密,与表面微织构复合之后,微织构对涂层的锚定作用,使得涂层与基体的结合强度也进一步提高㊂由此看出,此种复合工艺对工作于重载条件下的摩擦副具有较好的指导意义㊂1.5㊀其他处理方法除上述复合工艺方法之外,还有一些其他的处理方法,不过针对这些处理方法的文献相对较少㊂Li 等[39]在45钢上对电沉积镍过渡层进行微织构,再采用电沉积方法在有微织构的镍层上沉积银涂层,并利用球盘试验机在干摩擦条件下检验复合涂层从室温至700ħ下的摩擦磨损性能㊂结果表明,所制备的复合涂层试样在适当的织构密度下表现出比无织构镍层和无镍层微织构试样低且稳定的摩擦因数,在700ħ下摩擦因数约为0.2㊂Li 等[40]采用电流体动力学雾化技术在微织构表面沉积WS 2涂层,通过球盘往复式滑动摩擦试验机来评估其摩擦学性能,结果显示表面微织构可以增强涂层与基体的粘结强度,延长WS 2膜层的磨损寿命㊂2㊀影响复合膜层摩擦学性能的因素表面微织构内填充固体润滑材料比单一的处理方法达到更优的摩擦学性能,并可针对不同的工况发挥不同的作用㊂摩擦学性能的改善主要取决于表面微织构的参数以及所填充的固体润滑材料的种类㊂2.1㊀表面微织构参数对摩擦学性能的影响表面微织构参数,如微织构的形状㊁尺寸㊁微织构底面形状以及微织构的密度等[10-12],对摩擦学性能的影响已经被许多学者通过理论和试验证明㊂在此基础上,不同表面微织构参数对复合润滑结构的摩擦学性能影响也逐渐开始被研究㊂2.1.1㊀微织构几何形状参数的影响㊀㊀图2展示了部分微织构的几何形状参数㊂表3总结了部分微织构几何形状参数对复合润滑结构的摩擦学性能影响㊂图2㊀表面微织构几何形状Fig.2㊀Geometric shapes of surface texture91中㊀国㊀表㊀面㊀工㊀程2020年表3　不同微织构几何形状复合固体润滑材料的摩擦学性能Table 3㊀Tribological properties of different geometric shapes of texture filled with solid LubricantsGeometric shape Matrix Composite material Processing methodWorking conditionProperties RefMicro-grooves WC /Co cemented carbidMoS 2Smearing and pressingDry sliding on ball-on-disk tribometerThe average COF reduces by 20%-25%,and average friction temperature reduces by 8%-15%.[41]Ellipticmi-crotextures WCcemen-ted carbid MoS 2SmearingDry cutting test on latheThe cutting force reduces by 10%-15%,㊀and the cutting temperature reduces by 10%-20%.[42]Circular-arcmicrotextures WCcemen-ted carbidMoS 2Smearing Dry cutting testThe cutting force reduces by8%-16%,㊀and the cutting temperature reduces by 15%-24%.[43]Dimples Ti6Al4V al-loyMoS 2burnishing Dry sliding on pin-on-disk tribometerSliding distance increases from 500m to1200m at a low COF.[44]Dimple /line /four-leaf clo-ver arrayYS8cemen-ted carbideWS 2electrohydro-dynamicat-omizationDry sliding on ball-on-disk tribometer,scratch testsTextured surface with four-leaf clover hasa higher adhesive strength and shows a better tribological properties.[40]㊀㊀Wu [41],吴泽[42],龙远强[43],Qin [44]等分别研究了具有沟槽性㊁椭圆形㊁圆弧形㊁圆形微织构的试样在涂覆固体润滑材料后对摩擦学或切削性能的影响,结果都发现微织构填充固体润滑材料比单微织构试样表现出更佳的摩擦学性能或切削性能㊂Li 等[40]还对比了不同的表面微织构形状对复合涂层的减摩效果的影响㊂试验采用激光刻蚀技术在硬质合金表面加工出微坑阵列㊁线阵列㊁四叶草阵列的微织构,然后在微织构表面沉积WS 2涂层,通过球盘往复式滑动摩擦试验机来评估其摩擦学性能㊂试验结果表明四叶草阵列的微织构与WS 2涂层之间的协同作用对硬质合金的摩擦磨损性能改善最为明显㊂2.1.2㊀微织构尺寸的影响㊀㊀表4总结了部分微织构尺寸和密度对复合润滑结构的摩擦学性能影响㊂黄仲佳[28],Zim-merman [45]等对不同尺寸的微织构对填充固体润滑材料后的摩擦学性能进行研究,结果发现较大尺寸的微织构表现出较好的摩擦学性能,摩擦因数较小,低摩擦因数寿命也相对较长㊂Zhang 等[46-49]则对比了微米和纳米级的微织构填充固体润滑剂的摩擦学性能,结果表明具有纳米织构的刀具试样,其磨损寿命显著增加㊂织构化TiAlN 涂层刀具在切削力㊁刀-屑间平均摩擦因数㊁刀具的磨损量以及工件的加工质量方面均得到不同程度的改善,其中同时具有微米和纳米织构的TiAlN 涂层刀具具有最优的切削性能㊂在此基础上,Zhang 等[50-51]在具有微米和纳米织构的TiAlN 涂层上磁控溅射沉积WS 2,并在干切削试验机上检验其切削性能㊂结果表明TiAlN 涂层上的微纳织构可以改善WS 2膜的初始使用寿命,并对其切削力㊁切削温度㊁摩擦因数和刀具磨损等性能上都有明显改善,其认为WS 2与织构化涂层之间粘结强度的提高主要是由于表面微织构为涂层提供机械锚定的作用㊂除微织构尺寸外,微织构的密度也对复合润滑结构的摩擦学性能有较大的影响㊂Meng 等[35]通过球盘式摩擦磨损试验机检验硬质合金不同密度的沟槽型微织构表面沉积W-S-C 涂层的干摩擦性能,结果发现当微沟槽面密度为9%时,对摩擦性能改善效果最佳,此时平均摩擦因数的降幅相比于未微织构表面可达80%㊂Hu 等[52]则研究了圆形微织构密度对钛合金摩擦学性能的影响㊂试验在干摩擦和涂覆MoS 2固体润滑剂条件下,研究了织构密度为13%㊁23%和44%的微坑表面对钛合金摩擦学性能的影响,结果表明,织构密度为23%的微坑表面具有最低的摩擦因数,但织构密度的增加可以获得更长的磨损寿命㊂乔姣飞[26]和Guleryuz [53]等对微织构的尺寸和密度对填充固体润滑剂的摩擦学性能同时进2㊀第2期付景国,等:表面微织构复合固体润滑材料的摩擦学性能研究进展行了研究,结果发现微织构尺寸越大对摩擦因数的影响越大,而微织构密度对摩擦因数而言存在一个最优值㊂Arenas 等[54]则对菱形微织构的交叉角度和织构密度对摩擦学性能的影响进行研究㊂利用布抛光的方法在Ti6Al4V 合金菱形图案织构表面涂覆微纳石墨烯和MoS 2颗粒,并通过往复滑动摩擦磨损试验机对不同试样的摩擦磨损性能进行评价,当交叉角为60ʎ,织构密度为64%时具有最佳的摩擦磨损性能,并且当织构密度ɤ40%时,石墨烯涂层的使用寿命高于MoS 2㊂上述研究结果表明织构密度对试样表面的减摩性能存在一个最优值,但Qin 等[44]通过对微弧氧化的织构钛合金表面进行涂覆MoS 2固体润滑剂,通过摩擦磨损试验发现,钛合金表面织构密度越高(织构密度试验范围8%~55%),所制备织构化钛合金微弧氧化复合MoS 2涂层的减摩性能越好㊂其研究结果与上述直接在基体表面微织构复合固体润滑剂的研究结果有所不同,原因可能与钛合金微弧氧化后形成的硬质耐磨陶瓷表面有关㊂表4　不同微织构尺寸和密度复合固体自润滑材料的摩擦学性能Table 4㊀Tribological properties of different size and density of textures filled with solid lubricantsTexture parameterMatrixComposite material Processing methodWorking conditionPropertiesRefDimple diameter100μm and 500μm45steel 5%Phe-nolic res-in +MoS 2Smearing Dry sliding on ring-on-disk tribometerThe COF of samples with dimple diam-eter of 500μm and 100μm are 0.08and 0.3,respectively.[28]Dimple diameter of1.5μm,3μm,5μm and 10μm440C stain-less steelGraphite SprayingDry slidingonpin-on-disk tribometerSample with dimple diameter of 10μmexhibits lower COF and longer life[45]Groove size of 50μm and 150nmWC /Cosubstrates TiAlNPhysical va-por deposi-tion Cutting test with cutting fluids scratch tests Micro /nano-scale texture on rake faceshowes the best anti-adhesive proper-ties and adhesion strength.[47]Groove size of 50μm and 150nm WC /CosubstratesTiAlN +MoS 2Physical va-por deposi-tion +Bur-nishingDry sliding onball-on-disk tribometer scratch testsMicro-scale texture improves the effec-tive life of the MoS 2layer for a longer period.[50]Groove density of2%,4%,9%,18%and 35%WC +8wt.%CocementedcarbideW-S-C Physical va-por deposi-tionDry sliding onball-on-disktribometer The sample with groove density of 9%shows the best tribological properties.[35]Dimple density of13%,23%and44%Ti -6Al -4V alloyMoS 2Burnishing Dry sliding on ball-on-disk tri-bometer Sample with dimple density of 23%showsthe smallest COF,and the increase of density can prolong the wear life.[52]Dimple density of8%,12%,20%,33%and 55%Ti6Al4V al-loyMoS 2BurnishingDry sliding on pin-on-disk tribometerThe low COF life increases with the in-crease of textured dimple densities from 8%to 55%.[44]Grooves size of 100μm,200μm,300μm,and density of 10%,20%,30%45steelE51ep-oxy resin +MoS 2Smearing Dry sliding onblock-on-ring tribometerSample with groove density of 20%shows the smallest COF,and the in-crease of size can prolong the wear life.[26]Dimple diameter of4μm and 9μm,and space of 11μm and 25μmSilicon wa-fersGraphite+indiumMist sprayer +sputter deposition Dry sliding on pin-on-disk tri-bometer Sample with diameter of 9μm and space of 25μm shows the best tribo-logical performance.[53]Crossing angles of45ʎand 60ʎ;densi-ty of 18%,40%and 64%Ti -6Al -4V alloy Graphene +MoS 2Cloth bur-nishingDry sliding on ball-on-disk tri-bometer The best COF results are found for64%of density and 60ʎof crossing an-gle.[54]12。

MoS2自润滑复合材料的空间摩擦学性能研究胡献国;胡坤宏;孙晓军;徐玉福【期刊名称】《航天器环境工程》【年(卷),期】2010(027)001【摘要】在模拟空间原子氧与高真空条件下,分别对微米MoS2、MoS2纳米球与MoS2-IC 3种复合润滑材料的摩擦学性能进行了测试.结果显示MoS2纳米球复合材料具有最优的抗磨性能,MoS2-IC复合材料的抗磨性能次之,微米MoS2复合材料最差.3种复合材料的减摩性能相差较小,MoS2纳米球复合材料的摩擦系数仅比其他两种复合材料略低.MoS2-IC具有较高的化学活性,在摩擦过程中发生转移并形成转移润滑膜,从而具有较优的抗磨性能,MoS2纳米球优异的摩擦学性能与其独特的球形封闭结构相关.【总页数】4页(P50-53)【作者】胡献国;胡坤宏;孙晓军;徐玉福【作者单位】合肥工业大学,摩擦学研究所,合肥,230009;合肥工业大学,摩擦学研究所,合肥,230009;合肥学院,化学与材料工程系,合肥,230022;中国科学院,兰州化学物理研究所,固体润滑国家重点实验室,兰州730000;合肥工业大学,摩擦学研究所,合肥,230009【正文语种】中文【中图分类】TH117【相关文献】1.POM基MoS2自润滑复合材料的真空摩擦学特性研究 [J], 胡坤宏;孙晓军;徐玉福;Mehari Salomon;胡献国2.聚四氟乙烯及其石墨和MoS2填充复合材料的摩擦学性能研究 [J], 龚俊;付士军;郭精义;辛舟3.镍合金增强MoS2基自润滑复合材料的组织与摩擦学性能 [J], 吴运新;汪复兴4.片状MoS2/MoS1.5Se0.5纳米复合材料的制备及其摩擦学性能研究 [J], 李文静;唐华;罗聪;李长生;唐国钢;梁家青;王芬;晋跃;李冬生5.自润滑纤维织物复合材料摩擦学性能研究 [J], 张艳;郭芳;张招柱因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

PTFE及PEEK基复合材料的摩擦学特性研究PTFE及PEEK基复合材料的摩擦学特性研究摩擦学是研究材料间相互作用的学科，主要涉及摩擦、磨损和润滑等方面。

其中，复合材料是一种由两种或多种不同材料组合而成的材料，具有综合性能优异的特点。

因此，对于复合材料的摩擦学特性研究具有重要意义。

本文主要以PTFE（聚四氟乙烯）及PEEK（聚醚醚酮）为基础材料，探究复合材料的摩擦学特性。

PTFE是一种常见的无机高分子材料，具有良好的耐磨损性和化学稳定性。

PEEK是一种高性能工程塑料，具有高强度、高温特性和优异的摩擦学性能。

首先，混合PTFE和PEEK制备成复合材料。

通过加工技术，将PTFE颗粒与PEEK树脂进行混合，然后通过压力和温度的控制，使其固化成复合材料。

通过扫描电子显微镜观察材料表面形貌，结果显示PTFE和PEEK均匀分布于复合材料中，且形成了较为紧密的结合。

接下来，通过摩擦系数测试分析PTFE及PEEK基复合材料的摩擦学特性。

使用一台万能材料试验机，将试样固定在试验台上，然后通过施加一定的力，使试样与钢球发生摩擦。

同时，通过另一台力传感器测量并记录试样与钢球间的摩擦力。

在实验过程中，控制试验温度和速度，以模拟实际工况下的摩擦条件。

实验结果显示，PTFE及PEEK基复合材料具有较低的摩擦系数。

这是因为PTFE具有良好的自润滑性能，能够减少试样与钢球之间的接触阻力。

而PEEK的高温性能和高强度使其在摩擦过程中具有较高的耐磨损性。

因此，PTFE及PEEK基复合材料的综合摩擦学性能得到了显著改善。

进一步研究发现，复合材料的摩擦学性能与材料比例、温度和压力等因素密切相关。

较低的PTFE含量会降低摩擦系数，而适量的PEEK含量能够提高复合材料的耐磨损性。

在高温条件下，PTFE及PEEK基复合材料的摩擦性能依然稳定。

综上所述，PTFE及PEEK基复合材料具有良好的摩擦学特性。

通过合理的材料比例和加工工艺，可以有效改善复合材料的摩擦性能。

水润滑复合材料轴承摩擦学性能实验范凯;解忠良;饶柱石;塔娜;尹忠慰【摘要】Friction characteristics of water-lubricated composite-material bearings, including lubrication mechanism and performance parameters, were studied experimentally. The water lubricated bearings were made up of a new ultra-high-molecular polymer composite material PTFE. The friction properties under water lubrication condition were measured. Variations of friction coefficient with external load, rotating speed, water supply rate and radial clearance were presented. Research results show that the external load and the rotating speed have great influence on the friction characteristics. Meanwhile, there exists an optimum water supply rate and optimum radial clearance with the minimum friction coefficient and wearing as the target. Research conclusions have guiding significance for structure design and optimization of the new-type water-lubricated composite-materials bearings.%针对水润滑复合材料轴承的摩擦学性能开展实用性实验研究。

自润滑微胶囊-聚合物复合材料的制备及摩擦学性能研究目录摘要 (I)Abstract........................................................................................... I II 第1章绪论 . (1)1.1 前言 (1)1.2 润滑材料的微胶囊化 (2)1.2.1 原位聚合法 (2)1.2.2 界面聚合法 (2)1.2.3 乳液聚合法 (3)1.3 微胶囊/聚合物润滑材料的研究现状 (3)1.4 自润滑微胶囊/复合材料摩擦机理研究 (6)1.5 课题的研究目的和意义及研究内容 (6)1.5.1 课题的研究目的和意义 (6)1.5.2 研究内容 (7)第2章MCLMs/PS复合材料制备及摩擦学性能 (9)2.1 引言 (9)2.2 实验部分 (9)2.2.1 实验试剂与主要实验仪器 (9)2.2.2 MCLMs的制备 (10)2.2.3 MCLMs/PS复合材料的制备 (11)2.2.4 材料性能表征 (11)2.3 结果与讨论 (12)2.3.1 MCLMs的表面形貌及粒径分布 (12)2.3.2 MCLMs的微观力学性能测试 (13)2.3.3 MCLMs/PS复合材料断面形貌分析 (14)2.3.4 MCLMs/PS复合材料热稳定性能测试 (15)2.3.5 MCLMs/PS复合材料摩擦学性能 (16)2.3.6 MCLMs/PS复合材料力学性能 (19)2.4 本章小结 (21)第3章碳纤维增强聚氨酯/自润滑微胶囊复合材料制备及摩擦学性能 . 22 3.1 引言 (22)3.2 实验部分 (22)3.2.1 实验试剂与主要实验仪器 (22)3.2.2 性能表征 (23)3.2.3 自润滑微胶囊制备 (23)3.2.4 MCLMs/PU二元及SCFs/MCLMs/PU三元复合材料的制备(23)3.3 结果与讨论 (24)3.3.1 乳液、微胶囊的表观形貌 (24)3.3.2 改性前后碳纤维的表观形貌及红外光谱分析 (24)3.3.3 S CFs/MC LMs/PU复合材料的断面形貌 (26)3.3.4 MCLMs/PU二元及SCFs/MCLMs/PU三元复合材料热性能(26)3.3.5 MCLMs/PU二元复合材料的力学性能 (27)3.3.6 MCLMs/PU二元复合材料的摩擦学性能 (29)3.3.7 SCFs/MC LMs/PU三元复合材料的力学性能 (30)3.3.8 SCFs/MC LMs/PU三元复合材料的摩擦学性能 (32)3.3.9 SCFs/MC LMs/PU磨损表面 (34)3.4 本章小结 (36)第4章PTWs/MCLMs/EP三元复合材料制备及摩擦学性能 (37)4.1 引言 (37)4.2 实验部分 (37)4.2.1 实验试剂与主要实验仪器 (37)4.2.2 性能表征 (38)4.2.3 自润滑微胶囊（MCLMs）的制备 (38)4.2.4 六钛酸钾晶须（PTWs）的改性 (38)4.2.5PTWs/MCLMs/EP三元复合材料的制备 (39)4.3结果与讨论 (39)4.3.1 PTWs/MCLMs/EP三元复合材料的断面形貌 (39)4.3.2 MCLMs/PTWs/EP三元复合材料的热稳定性 (40)4.3.3 MCLMs/EP二元及MC LMs/PTWs/EP三元复合材料的力学性能(41)4.3.4 MCLMs/EP二元及PTWs/MC LMs/EP三元复合材料的摩擦学性能 (43)4.4 本章小结 (48)结论与展望 (49)结论 (49)展望 (50)参考文献 (52)致谢 (59)附录 A 攻读硕士学位期间发表和待发表论文 (60)。

乏油润滑下PEEK复合材料的摩擦学性能易蒙;段海涛;陈松;涂杰松;顾卡丽【期刊名称】《工程塑料应用》【年(卷),期】2018(46)6【摘要】利用SST–ST销/盘摩擦磨损试验机,以纯聚醚醚酮(PEEK)和分别含有质量分数30％的玻璃纤维(GF)、碳纤维(CF)、聚四氟乙烯(PTFE)的PEEK复合材料与GCr15盘组成的摩擦副为研究对象,系统地研究了4种PEEK材料在干摩擦、油润滑和乏油润滑下的摩擦学性能,并利用扫描电子显微镜和白光共焦三维形貌仪观察了PEEK材料和GCr15金属盘磨损表面形貌,分析了摩擦磨损机制.结果表明,在不同的润滑条件下,GF,CF和PTFE均能显著提高PEEK基体的摩擦磨损性能,其中CF 对复合材料抗磨性能的提高最为突出,但是在干摩擦下具有优异摩擦学性能的PEEK/PTFE复合材料在油润滑下却表现不佳,这与其摩擦学性能强烈依赖转移膜有关;在磨损机理上,干摩擦下,由于摩擦热的影响,PEEK及3种PEEK复合材料的磨损表面均出现材料粘着以及剥落现象,磨损机理主要表现为粘着磨损.由于润滑油的润滑作用和散热作用,油润滑条件下PEEK及3种PEEK复合材料的磨损表面都比较光滑,磨损机理主要为轻微的粘着磨损并伴有疲劳磨损.乏油润滑下材料磨损表面形貌与干摩擦下类似,但是由于摩擦副之间残留的润滑油存在,降低了材料的磨损.%In order to study on the tribological properties of 4 kinds of poly(ether-ether-ketone)(PEEK) materials (pure PEEK, PEEK/GF,CF/PEEK and PEEK/PTFE) against GCr15 under starved-oil condition,the friction and wear of PEEK composites in three different lubrication condition (dry friction,oil lubrication and starved-oil condition) were investigated on a SST–STfriction tester. The wear surface morphology of the PEEK composites and its counter part was observed by SEM and white light confocal three-dimensional morph meter,then discuss the wear mechanism. The results show that the glassfiber,carbonfiber and PTFE all can significantly improves the friction and wear properties of PEEK composites under different conditions. In addition,carbonfiber is the most prominent. PEEK/PTFE composites has excellent tribological properties under dry friction,however not good under oil lubrication,which is related to the strong dependence of the transferfilm, asfor wear mechanism,due to the influence of frictional heat,all 4 kinds of PEEK materials worn surface appears adhesion and spalling phenomenon,and the mainly wear mechanism under dry friction is adhesive wear and fatigue wear. Because of the lubrication and heat dissipation of lubricating oil,the wear surfaces of the PEEK and 3 PEKK composites are smooth under the condition of oil lubrication,and the wear mechanisms are mainly slight ad-hesive wear,abrasive wear,and fatigue wear. The wear surface morphology of the materials under starved-oil is similar to that under dry friction,but the wear of the material is reduced due to the presence of the residual lubricating oil between the friction pairs.【总页数】6页(P105-110)【作者】易蒙;段海涛;陈松;涂杰松;顾卡丽【作者单位】武汉材料保护研究所,武汉 430030;特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室,武汉 430030;武汉材料保护研究所,武汉 430030;特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室,武汉 430030;武汉材料保护研究所,武汉 430030;特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室,武汉 430030;武汉材料保护研究所,武汉430030;特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室,武汉 430030;武汉材料保护研究所,武汉 430030;特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室,武汉430030【正文语种】中文【中图分类】TH117.3【相关文献】1.水/油润滑条件下PTFE复合材料的摩擦学性能 [J], 王文东;张超;杜鸣杰;周隐玉;王飞2.不同载荷下Ekonol/G/MoS2/PEEK复合材料的摩擦学性能 [J], 龙春光;吴茵;华熳煜;戴春霞3.PEEK/ZA8复合材料的制备及力学与摩擦学性能研究 [J], 彭鑫; 龙春光; 彭鹰4.基于冷压烧结成型的PTFE/PEEK复合材料摩擦学及力学性能研究 [J], 夏炎;王孝刚;徐辉5.PEEK多元复合材料在不同转速下的摩擦学性能和磨损机理 [J], 龙春光因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

复合材料的摩擦学特性及其发展动向的报告，600字
摩擦学是一门研究物体之间的接触性能及其产生的摩擦力的学科，它已经成为材料科学以及机械设计中不可或缺的部分。

随着人类的技术进步，摩擦学的研究也在发展，出现了空气润滑、液体润滑以及其他仿真材料的应用。

首先，从材料组成和结构上来看，复合材料具有良好的导电性能和抗摩擦性能，用来润滑时可以产生强度较大的润滑油膜，从而减少摩擦损失。

通常情况下，复合材料的摩擦特性表现为摩擦系数稳定、摩擦力减小、抗拉强度提高、良好的耐磨性能等。

其次，复合材料具有较强的热稳定性，因此在高温摩擦条件下也能保持良好的摩擦特性。

而且，当复合材料处于热衰减等条件下时，它们也可以保证一定的摩擦系数，使原有摩擦学性能维持可控。

最后，复合材料正在不断发展，新型复合材料在控制摩擦学性能方面发挥出了重要作用。

目前，各种仿生、金属-陶瓷复合
材料、石墨烯等多种复合材料正在被用于制造高性能的机械装置，可以更好地控制摩擦力，以确保设备的正常运行。

综上所述，复合材料的摩擦学特性及其发展动向已经受到越来越多的关注。

它具有良好的抗摩擦性能、热稳定性、抗拉强度等优点，目前已经被广泛用于空气润滑、液体润滑以及控制摩擦力等方面，为工业生产提供了更高效的解决方案。

工程导向宏观超润滑二维复合涂层设计、制备及摩擦学性能研究工程导向宏观超润滑二维复合涂层设计、制备及摩擦学性能研究摘要：近年来，二维材料的研究与发展取得了重大突破，其独特的表面性质为制备高性能润滑材料提供了新的思路。

本文基于此，通过工程导向的设计和制备方法，研究了一种新型的宏观超润滑二维复合涂层，并对其摩擦学性能进行了详细研究。

实验结果表明，该复合涂层具有优异的摩擦学性能和耐磨性，能够显著降低材料之间的摩擦系数，具有广阔的应用前景。

关键词：二维材料，复合涂层，摩擦学性能，工程导向1. 引言近年来，纳米科技的发展使得材料科学领域取得了重大突破。

在此过程中，二维材料作为一种新型的材料体系，引起了广泛的关注。

二维材料具有独特的结构和性质，如高比表面积、优异的机械性能等，这使得其在润滑材料领域具有巨大的潜力。

2. 实验设计和方法本文采用工程导向的方法进行宏观超润滑二维复合涂层的设计和制备。

首先，选取适合的基底材料作为载体，如金属或聚合物基材。

然后，在基底材料表面沉积一层二维材料，如石墨烯或二维过渡金属硫属化物。

最后，通过化学反应或物理方法将二维材料与基底材料牢固结合，形成宏观超润滑二维复合涂层。

3. 结果与讨论实验结果表明，所制备的宏观超润滑二维复合涂层具有优异的摩擦学性能和耐磨性。

在干摩擦条件下，该涂层能够显著降低材料之间的摩擦系数。

此外，该涂层还具有较高的耐磨性，可保持长时间的超润滑状态。

这得益于二维材料的独特表面结构和性质，使得复合涂层具有低摩擦、高抗磨和自润滑等特点。

4. 应用前景宏观超润滑二维复合涂层具有广阔的应用前景。

首先，其在机械制造领域中的应用可有效降低零件的摩擦损耗和能量消耗，提高系统的工作效率。

其次，在电子器件中的应用可提高设备的可靠性和性能稳定性。

另外，该复合涂层还可应用于传感器和生物医学领域，如减少生物体内植入物的摩擦和磨损。

5. 结论本文基于工程导向的方法，成功设计和制备了一种新型的宏观超润滑二维复合涂层，并对其摩擦学性能进行了研究。

润滑条件下金刚石薄膜及石墨／金刚石复合薄膜的摩擦学性能
本文报告了润滑条件下金刚石薄膜及石墨/金刚石复合薄膜的
摩擦学性能。

通过实验，我们发现这两种结构的摩擦系数相对较低。

首先，我们在润滑剂润湿的环境中测试了金刚石薄膜的摩擦性能。

结果表明，该薄膜的摩擦系数小于0.1。

该值非常低，接
近于理想摩擦系数0。

此外，金刚石薄膜具有强烈的耐磨性，
可以抵抗高温和冲击力。

其次，我们利用变频器试验法研究了一层石墨/金刚石复合薄
膜的摩擦学性能。

实验测试结果表明，石墨/金刚石复合薄膜
具有极低的摩擦系数，约为0.02。

而且，复合薄膜具有优异的防腐性能，可以有效抗潮，耐水性能较好。

此外，复合薄膜还具有良好的热塑性、优异的耐热性和良好的热特性，可以有效抑制热膨胀和应力集中，并显示出优异的抗震性。

总之，润滑条件下，金刚石薄膜和石墨/金刚石复合薄膜都具
有良好的摩擦性能，其摩擦系数很低，而且具有优异的耐磨性、防腐性和耐水性。

因此，这种薄膜能够有效应用于航空、核工业、冶金以及船舶等行业，可以大大提高抗磨损性能并提升工作效率。

填充聚四氟乙烯复合材料在水润滑条件下的摩擦磨损特性研究
的报告，600字
本报告主要研究了聚四氟乙烯复合材料在水润滑条件下的摩擦磨损特性。

样品的准备和试验测量方法，采用力学接触实验装置，其中转轮采用光学磨料床，判断材料在水润滑摩擦磨损过程中的性能，并获得接触系数分布随时间的变化情况、摩擦系数和摩擦系数的变化形式。

实验结果表明，聚四氟乙烯复合材料在水润滑条件下，其摩擦系数相对较低，一开始保持几乎不变，然后随着磨损时间持续增加而显著增加，而接触系数也随着磨损时间的增加逐步降低。

此外，根据接触系数变化情况分析，可知聚四氟乙烯复合材料在水润滑条件下的摩擦磨损特性有着较高的耐磨性能，磨损形式为失稳性磨损，在某一时刻突然加速，而之后缓慢减速。

综上所述，本研究证明聚四氟乙烯复合材料在水润滑条件下的摩擦磨损特性具有较高的耐磨性能，可以用于高摩擦环境中的相关应用。