>2014—2015机械工程学科发展报告(摩擦学 键技术瓶颈。 河南科技大学张永振团队在材料载流摩擦学特性方面开展了系统的研究工作计3。 具体进展包括:①研制了载流摩擦试验平台。实现了载流与摩擦的条件耦合、摩擦学性 能与导电性能的同步检测,可模拟高铁弓网振动与高压开关的刚性接触。②初步揭示了载 流特性与摩擦特性的基本规律,发现导电与摩擦的共面接触是载流/摩擦耦合的本质原因 摩擦性能与载流性能波动趋势与时间上表现为动态一致。③初步探索了电弧损伤的物理机 制。电弧对材料的热损伤、熔化甚至汽化是材料损伤的主要途径。电弧损伤后的表面氧化 膜是导致导电性能降低的主要原因。④载流摩擦材料的硏制。采用能够在接触表面持续形 成一层具有导电/润滑功能表面膜的材料,能够大幅度提升材料的导电性能与摩擦性能。 3.润滑理论与技术 润滑的目的主要在于利用润滑剂避免两固体摩擦表面的直接接触,以达到减小摩擦和 降低磨损的目的。常用润滑剂有液体润滑剂(水、矿物油和合成润滑油等)、固体润滑剂 (石墨、二硫化钼、滑石粉、高分子聚合物等)、润滑脂和气体润滑剂。在实际应用中,液 体润滑最常用,与固体润滑相比具有较长的忍耐性,低的机械噪声,良好的导热性,在弹 性流体动压润滑状态下具有较低的摩擦等。 根据摩擦学中经典的 Stribeck曲线,润滑可分为四种状态,流体润滑(包括弹性流体 动压润滑)、薄膜润滑、混合润滑、边界润滑。流体润滑典型膜厚在1~100mm,摩擦表 面上完全被连续的润滑膜所分开,低摩擦的润滑膜承受载荷;弹流润滑是在高副接触下, 考虑摩擦副变形、润滑液黏压效应等的流体润滑,膜厚有数十纳米到几个微米。薄膜润滑 是考虑摩擦副表面的物理化学性能、膜厚对润滑剂分子行为影响的润滑状态,典型润滑膜 厚在20~300mm;混合润滑的法向载荷由固体之间的直接接触和部分弹流动压共同承受; 边界润滑中主要载荷几乎全部通过微凸体以及润滑剂和表面之间相互作用所生成的边界润 滑膜来承担,通常膜厚为1~2个分子层。对各种润滑形式及其机理的研究及润滑新材料 与技术的研究是润滑研究的主要内容。 (1)液体超滑 清华大学雒建斌、张晨辉小组在液体超滑方面开展了大量实验研究,并在基于磷酸体 系的超滑规律和机理、生物液体超滑的规律和机理]、基于酸与多羟基醇混合溶液超 滑的规律和机理等方面取得了一定的成果。 发现了磷酸溶液的超滑特性,它能够实现0004的超低摩擦系数[x。分析了超滑的 磨合过程和磨合机理,并将超滑的磨合过程划分为2个阶段。对第一阶段而言,它是磷酸 实现超滑的必要条件,其磨合机理与溶液中的氢离子密切相关。提出了氢离子润滑模型, 即磨合过程中的氢离子与摩擦副表面发生摩擦化学反应(表面质子化)使表面带正电荷, 这是摩擦系数减小的主要原因。对第二阶段而言,它不是磷酸实现超滑的必要条件,其磨 合过程主要与自由水的挥发有关。并建立了磷酸超滑的润滑模型。通过对磷酸超滑过程中 的接触区形态的分析和摩擦副表面的分析,提出了一种3层结构的超滑模型,即 stern层10 2014— 2015 机械工程学科发展报告（摩擦学） 键技术瓶颈。 河南科技大学张永振团队在材料载流摩擦学特性方面开展了系统的研究工作［34-35］。 具体进展包括：①研制了载流摩擦试验平台。实现了载流与摩擦的条件耦合、摩擦学性 能与导电性能的同步检测，可模拟高铁弓网振动与高压开关的刚性接触。②初步揭示了载 流特性与摩擦特性的基本规律，发现导电与摩擦的共面接触是载流 / 摩擦耦合的本质原因， 摩擦性能与载流性能波动趋势与时间上表现为动态一致。③初步探索了电弧损伤的物理机 制。电弧对材料的热损伤、熔化甚至汽化是材料损伤的主要途径。电弧损伤后的表面氧化 膜是导致导电性能降低的主要原因。④载流摩擦材料的研制。采用能够在接触表面持续形 成一层具有导电 / 润滑功能表面膜的材料，能够大幅度提升材料的导电性能与摩擦性能。 3. 润滑理论与技术 润滑的目的主要在于利用润滑剂避免两固体摩擦表面的直接接触，以达到减小摩擦和 降低磨损的目的。常用润滑剂有液体润滑剂（水、矿物油和合成润滑油等）、固体润滑剂 （石墨、二硫化钼、滑石粉、高分子聚合物等）、润滑脂和气体润滑剂。在实际应用中，液 体润滑最常用，与固体润滑相比具有较长的忍耐性，低的机械噪声，良好的导热性，在弹 性流体动压润滑状态下具有较低的摩擦等。 根据摩擦学中经典的 Stribeck 曲线，润滑可分为四种状态，流体润滑（包括弹性流体 动压润滑）、薄膜润滑、混合润滑、边界润滑。流体润滑典型膜厚在 1 ～ 100mm，摩擦表 面上完全被连续的润滑膜所分开，低摩擦的润滑膜承受载荷；弹流润滑是在高副接触下， 考虑摩擦副变形、润滑液黏压效应等的流体润滑，膜厚有数十纳米到几个微米。薄膜润滑 是考虑摩擦副表面的物理化学性能、膜厚对润滑剂分子行为影响的润滑状态，典型润滑膜 厚在 20 ～ 300nm；混合润滑的法向载荷由固体之间的直接接触和部分弹流动压共同承受； 边界润滑中主要载荷几乎全部通过微凸体以及润滑剂和表面之间相互作用所生成的边界润 滑膜来承担，通常膜厚为 1 ～ 2 个分子层。对各种润滑形式及其机理的研究及润滑新材料 与技术的研究是润滑研究的主要内容。 （1）液体超滑 清华大学雒建斌、张晨辉小组在液体超滑方面开展了大量实验研究，并在基于磷酸体 系的超滑规律和机理［36］、生物液体超滑的规律和机理［37］、基于酸与多羟基醇混合溶液超 滑的规律和机理［38］等方面取得了一定的成果。 发现了磷酸溶液的超滑特性，它能够实现 0.004 的超低摩擦系数［36］。分析了超滑的 磨合过程和磨合机理，并将超滑的磨合过程划分为 2 个阶段。对第一阶段而言，它是磷酸 实现超滑的必要条件，其磨合机理与溶液中的氢离子密切相关。提出了氢离子润滑模型， 即磨合过程中的氢离子与摩擦副表面发生摩擦化学反应（表面质子化）使表面带正电荷， 这是摩擦系数减小的主要原因。对第二阶段而言，它不是磷酸实现超滑的必要条件，其磨 合过程主要与自由水的挥发有关。并建立了磷酸超滑的润滑模型。通过对磷酸超滑过程中 的接触区形态的分析和摩擦副表面的分析，提出了一种 3 层结构的超滑模型，即 stern 层