综合报告 紧固件中,常常是导致该类零部件失效的元凶。复合微动的提出,极大地拓宽了微动摩擦 学的研究领域,为减缓实际的复杂微动损伤提供了重要的理论指导。 周仲荣、朱旻昊团队提出了复合微动概念,并开展了系统研究(。具体进展包 括:①研制了一系列微动磨损、疲劳试验装置。研制了包括扭动、转动和扭转复合微动磨 损,以及弯曲和拉扭微动疲劳的试验裝置,为研究微动损伤机理提供了条件和手段。②揭 示了不同材料复合微动的运行行为和损伤机理,31。开展了1Z50中碳钢、7075铝合金、 PMMA等材料的扭转复合微动磨损试验,研究表明倾斜角度、角位移幅值、循环次数和材 料性质等对扭转复合微动的运行和损伤行为有重要影响。发现利用摩擦振动/噪声信号分 析可成功鉴定出微动与滑动的范围。③探索了复合微动磨损条件下的疲劳裂纹萌生和扩展 行为(3。探讨了扭转复合微动局部接触疲劳和磨损间的竞争机制,提出疲劳裂纹的形 成与接触区局部隆起密切相关。④揭示了油/水流体等介质对扭转复合微动磨损特性的影 响[3。建立了磨损体积与累积耗散能的关系,评价了不同抗微动减缓措施对抵抗扭转复 合微动的影响。 (4)碳基薄膜磨损 碳基薄膜具有高硬度、高弹性、低摩擦系数和低磨损率等优异的综合特性,同时其还 兼有制备方法简单、易于大规模生产和沉积温度较低等优点,在航空、汽车机电等领域获 得广泛应用。采用纳米多元化、复合等涂层技术对其组成结构主动设计,研制低摩擦、高 承载、高弹性、多环境适应性的碳基薄膜已成为润滑薄膜技术发展的主要方向。 中国科学院兰州化学物理研究所张俊彦和清华大学邵天敏等研究组对碳基薄膜的制备 及其摩擦磨损行为、机理进行了大量研究[。具体进展包括:①研制出了具有类富勒 烯结构含氢碳膜ων。采用 PECVD沉积系统实现了类富勒烯结构含氢碳膜的可控制备,并 采用显微拉曼技术分析了薄膜产生超低摩擦的原因。②研制了具有强韧化、低摩擦特性以 及低环境敏感性集一体的碳基多元复合薄膜。采用多靶磁控溅射薄膜沉积技术,首次 系统性地制备了元素周期表中9种强碳与弱碳金属A共掺杂的碳基多元复合薄膜体系 ③制备了一种具有双重纳米结构的非晶碳薄膜材料l该种薄膜材料具有极为优异的 弹性回复性能,并且在真空条件下具有非常良好的减摩抗磨性能,摩擦系数低于0.001。 ④阐释了无定型碳薄膜的超低摩擦现象□3]。提出摩擦界面上形成的转移膜中类石墨层状 结构的聚集是无定型碳膜产生超低摩擦的原因。这些基础性的硏究工作丰富了对碳基薄膜 摩擦磨损机制的认识,对制备一定结构和用途的涂层具有借鉴和指导意义。 (5)载流磨损 随着科学技术的快速发展,载流摩擦副选材设计面临严峻的挑战,表现在两个方 面:服役条件的极度苛刻化和载流与摩擦的高可靠性要求[3-3。对于高铁弓网系统,摩 擦线速度达100m/s、摩擦接触区电流密度超过2A/mm2,对于电力高压开关的工作电压从 l00kⅤ快速提升到500~1000kV。为保证持续的动力供给,高速列车弓网系统的离线率 要求小于5%以下。在轨道交通、电力行业等领域,材料载流摩擦磨损性能不足已成为关综 合 报 告 9 紧固件中，常常是导致该类零部件失效的元凶。复合微动的提出，极大地拓宽了微动摩擦 学的研究领域，为减缓实际的复杂微动损伤提供了重要的理论指导。 周仲荣、朱旻昊团队提出了复合微动概念，并开展了系统研究［25-28］。具体进展包 括：①研制了一系列微动磨损、疲劳试验装置。研制了包括扭动、转动和扭转复合微动磨 损，以及弯曲和拉扭微动疲劳的试验装置，为研究微动损伤机理提供了条件和手段。②揭 示了不同材料复合微动的运行行为和损伤机理［26，28］。开展了 LZ50 中碳钢、7075 铝合金、 PMMA 等材料的扭转复合微动磨损试验，研究表明倾斜角度、角位移幅值、循环次数和材 料性质等对扭转复合微动的运行和损伤行为有重要影响。发现利用摩擦振动 / 噪声信号分 析可成功鉴定出微动与滑动的范围。③探索了复合微动磨损条件下的疲劳裂纹萌生和扩展 行为［27，28］。探讨了扭转复合微动局部接触疲劳和磨损间的竞争机制，提出疲劳裂纹的形 成与接触区局部隆起密切相关。④揭示了油 / 水流体等介质对扭转复合微动磨损特性的影 响［28］。建立了磨损体积与累积耗散能的关系，评价了不同抗微动减缓措施对抵抗扭转复 合微动的影响。 （4）碳基薄膜磨损 碳基薄膜具有高硬度、高弹性、低摩擦系数和低磨损率等优异的综合特性，同时其还 兼有制备方法简单、易于大规模生产和沉积温度较低等优点，在航空、汽车机电等领域获 得广泛应用。采用纳米多元化、复合等涂层技术对其组成结构主动设计，研制低摩擦、高 承载、高弹性、多环境适应性的碳基薄膜已成为润滑薄膜技术发展的主要方向。 中国科学院兰州化学物理研究所张俊彦和清华大学邵天敏等研究组对碳基薄膜的制备 及其摩擦磨损行为、机理进行了大量研究［29-32］。具体进展包括：①研制出了具有类富勒 烯结构含氢碳膜［29］。采用 PECVD 沉积系统实现了类富勒烯结构含氢碳膜的可控制备，并 采用显微拉曼技术分析了薄膜产生超低摩擦的原因。②研制了具有强韧化、低摩擦特性以 及低环境敏感性集一体的碳基多元复合薄膜［30］。采用多靶磁控溅射薄膜沉积技术，首次 系统性地制备了元素周期表中 9 种强碳与弱碳金属 Al 共掺杂的碳基多元复合薄膜体系。 ③制备了一种具有双重纳米结构的非晶碳薄膜材料［31］。该种薄膜材料具有极为优异的 弹性回复性能，并且在真空条件下具有非常良好的减摩抗磨性能，摩擦系数低于 0.001。 ④阐释了无定型碳薄膜的超低摩擦现象［32］。提出摩擦界面上形成的转移膜中类石墨层状 结构的聚集是无定型碳膜产生超低摩擦的原因。这些基础性的研究工作丰富了对碳基薄膜 摩擦磨损机制的认识，对制备一定结构和用途的涂层具有借鉴和指导意义。 （5）载流磨损 随着科学技术的快速发展，载流摩擦副选材设计面临严峻的挑战，表现在两个方 面：服役条件的极度苛刻化和载流与摩擦的高可靠性要求［33-35］。对于高铁弓网系统，摩 擦线速度达 100m/s、摩擦接触区电流密度超过 2A/mm2 ，对于电力高压开关的工作电压从 100kV 快速提升到 500 ～ 1000kV。为保证持续的动力供给，高速列车弓网系统的离线率 要求小于 5% 以下。在轨道交通、电力行业等领域，材料载流摩擦磨损性能不足已成为关