博学慎思,笃行达善——忆中国科学院院士党鸿辛先生

党鸿辛(1929~2005),中国科学院兰州化学物理研究所研究员、河南大学兼职教授,博士生导师,中共党员,中国科学院院士,摩擦学专家.我国摩擦学及固体润滑学科的开拓者和学术带头人之一,为解决我国国防军工和高新技术特殊润滑材料与润滑技术问题做出了重要贡献.第十届全国人民代表大会代表.2005年6月10日因病在北京逝世.时光荏苒,岁月流逝,敬爱的导师党鸿辛先生离开我们已整整十载.但每每回想起来。

流动点法表征润滑脂流动性与传统评定方法相关性研究

为建立更完善、高效的轴承润滑脂流动性能评价体系,采用旋转流变仪、润滑脂和石油脂锥入度试验器、润滑脂相似黏度试验器、FFK低温流压仪测试了锂基润滑脂、脲基润滑脂和磺酸钙基润滑脂3种不同稠化剂类型的润滑脂的流动点、锥入度、相似黏度和流动压力,分别研究了锂基润滑脂、脲基润滑脂和磺酸钙基润滑脂3种不同稠化剂的流动点与锥入度、流动点与相似黏度、流动点与流动压力随温度的变化规律并分别计算了它们的皮尔逊相关系数,结果显示润滑脂的流动点与锥入度、流动点与相似黏度、流动点与流动压力具有线性关系,其中流动点与锥入度呈中等相关,流动点与相似黏度、流动点与流动压力呈高度相关,说明利用旋转流变仪测定润滑脂的流动点亦可用于评价润滑脂的流动性能.

水润滑轴承用聚合物复合材料的摩擦学研究进展

聚合物复合材料因其优异的自润滑、高化学稳定性和减振降噪等特性而备受关注。以水作为工作介质的水润滑轴承具有环境友好、维护成本低及结构设计简单等特点,已被广泛应用于船舶、水电和化工等领域。首先总结了水润滑轴承用聚合物复合材料特性,归纳了聚合物复合材料在水润滑条件下的摩擦学性能及磨损机制,介绍了提高聚合物复合材料摩擦学性能的常规方法,并进一步探讨了材料内部结构、摩擦界面微观结构与材料宏观摩擦学特性的内在关联。指出促进水润滑聚合物-金属配副摩擦界面原位生长固体润滑特性转移膜,可弥补水膜润滑能力不足、显著提高配副的摩擦学性能,深入研究水润滑状态下复合材料的微观摩擦磨损机制,对于理解水润滑配副的摩擦学机理有重要的意义。

鱼皮多肽作为水基润滑添加剂的摩擦学性能与机理研究

采用酶解和大孔树脂分离技术从渔业废弃物中提取了3种不同极性的多肽,研究了多肽在水乙二醇溶液中溶解性、摩擦学性能,并探讨了其摩擦学机理.结果表明,所制备的3种不同极性的多肽在水乙二醇体系中均具有良好的溶解性,且具有较高的热稳定性.摩擦学研究表明,多肽可显著提升水乙二醇溶液在钢/钢摩擦副间的减摩、抗磨性能,有效保护摩擦副表面,其中小极性的多肽抗磨性能最强,磨损体积比水乙二醇溶液降低55.49%,并且3种多肽均可显著提升水乙二醇的抗承载性能.多肽的分子结构中存在较多的极性基团,有助于多肽与金属摩擦副表面发生物理吸附,而且多肽在摩擦副表面还形成1层以含碳、氮有机化合物、铁氧化物为主的化学反应膜.因此,多肽优异的摩擦学性能是摩擦化学反应和物理吸附协同作用的结果.

磁约束聚变堆中的润滑研究

核聚变反应可以提供近乎无限的能源,且是1种安全清洁的方式.磁约束核聚变通过强磁场约束高温高密度氘氚等离子体放电发生聚变反应产生能源,其装备结构复杂且服役环境恶劣.服役于磁约束聚变装置中的活动部件使用的润滑材料不仅面临着摩擦磨损还要承受聚变装置高低温、真空以及辐射环境.本文中系统地总结了磁约束聚变装置发展过程中真空室、超导磁场、离子回旋加热系统和遥操作系统等各个部件面临的润滑挑战以及解决方案,并对未来商用磁约束聚变堆所需润滑材料与技术进行了展望.

聚硅氮烷/MoS_(2)高温自润滑涂层的制备及性能研究

高温固体自润滑涂层因具有优异的摩擦学性能和极好的附着力,已被广泛应用于航空、航天等领域.本文中采用陶瓷前驱体聚硅氮烷为粘接剂,MoS_(2)为润滑填料制备了1种新型的宽温域减摩抗磨涂层.系统探究了各因素对涂层摩擦学性能的影响,并利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和Raman等表征分析涂层的微观组织、物相组成及磨损机理.结果表明:聚硅氮烷/MoS_(2)涂层不仅和基底结合力强,且在25~300℃较宽温域范围内具有优异的减摩抗磨性能.其中300℃热处理的涂层在200℃、9 N及90 r/min的测试条件下具有最佳润滑性能:平均摩擦系数为0.05,磨损率为7.6×10^(-5)mm^(3)/(N·m).涂层在中高温下体现出优异的润滑和耐磨性能,这主要得益于MoS_(2)特殊层状结构和弱的剪切应力以及高硬度无机非晶态陶瓷相SiOC的形成.该涂层的成功制备有望为高温工况下服役的零部件表面润滑防护提供理论依据及数据支持.

基于SRV的重载轴承润滑脂摩擦磨损性能模拟评定方法研究

为提高润滑脂产品配方筛选效率、节约轴承台架试验成本,提出了1种基于SRV摩擦磨损试验机的圆柱滚子-圆盘线接触往复运动模式评定重载轴承润滑脂摩擦磨损性能的试验方法.采用四款重载润滑脂为试验样本,通过Pearson相关性系数法进行了SRV圆柱滚子-圆盘线接触往复摩擦磨损试验结果与FE-8轴承磨损台架试验结果间的相关性探讨,确定了方法最优试验参数,并在最优试验条件温度25℃,载荷1 kN,位移1 mm,往复速率50 Hz下完成了方法重复性考察.结果表明:SRV圆柱滚子-圆盘线接触往复试验方法试验结果重复性良好、可靠性高,与FE8轴承台架结果对应性优于四球机磨斑直径法(SH/T 0204-1992)以及SRV球滚子-圆盘接触试验法(NB/SH/T0721),更适用于重载轴承用润滑脂在摩擦副表界面的抗磨减摩性能的分析评定.

自润滑纤维织物复合材料及其在关节轴承中的应用研究现状与展望

自润滑关节轴承是1种球面滑动轴承,因其结构简单、承载能力强、可靠性高以及免维护(不需要润滑油脂)等优异性能受到广泛关注.目前,自润滑关节轴承已广泛应用于飞机发动机、起落架、机体襟副翼以及直升机旋翼系统,其在航天飞行器、汽车、核电和水利水电等领域中的应用也越来越多.随着高端装备极限性能不断提升,对自润滑轴承的服役性能及寿命要求越来越高.因此,自润滑关节轴承寿命提升、损伤失效机制和轴承寿命预测等方面的研究变得尤为重要.本文中从摩擦学视角出发,总结了自润滑关节轴承用自润滑纤维织物复合材料的研究现状,包括织物坯布组织结构、增强纤维、树脂基体、功能增强材料以及纤维-树脂界面改性等内容.此外,文中还介绍了自润滑关节轴承寿命评价方面的研究进展,包括自润滑关节轴承试验规范及产品标准、轴承寿命试验及预测、轴承寿命及可靠性影响因素.最后对关节轴承用自润滑纤维织物复合材料的重点研究方向进行了展望.

亲水、疏水聚合物刷水润滑机制的对比研究

通过表面接枝聚合技术在摩擦副表面(陶瓷球-玻璃盘)分别生长亲、疏水型2种聚合物刷:聚甲基丙烯酸-3-磺酸丙酯钾盐(PSPMA)和聚甲基丙烯酸月桂酯(PLMA),成功构筑了润湿性不同的2种浸润表面,利用球-盘式光干涉薄膜测量装置研究了2种表面在水环境中的液膜厚度和摩擦力变化,结果表明2种表面呈现出不同的减摩效果:PLMA表面的摩擦力稳定且随速度变化较小,推测这与其较低的表面自由能和低玻璃化温度有关;PSPMA表面的摩擦系数波动较大且滑滚比和卷吸速度对其影响较大,这可能与聚合物刷发生高度水化而在接触表面形成了1层具有法向承载能力的水合层有关.亲水的PSPMA表面形成的水膜膜厚要远远高于疏水的PLMA表面水膜.高速滑动条件下,在流体动压效应和水合作用共同耦合作用使得PSPMA表面呈现出了润滑增强作用,从而获得了较高的膜厚和较低的摩擦系数.研究表明聚合物刷的水合效应对于获取优异的润滑性能是至关重要的,这对于理解水基润滑的机理和指导水润滑材料的设计具有较为重要的意义.

聚脲润滑脂静态热氧老化条件下性能衰退机制研究

采用静态热老化方式模拟聚脲基润滑脂在高温工况下的老化行为,根据润滑脂样品在老化过程中红外光谱的变化将其老化过程划分为3个阶段.通过扫描电镜表征热老化后润滑脂微观结构、热重表征热老化后润滑脂的热稳定性,采用流变仪考察润滑脂流变性能的变化,最后探究热老化温度对聚脲基润滑脂老化过程的影响.结果表明:聚脲基润滑脂在热老化过程中,首先稠化剂分子间的缔合程度增加,稠化剂网络结构的交联程度下降,对基础油的束缚能力减弱,润滑脂结构稳定性减弱.随后基础油发生氧化,稠化剂脲分子间部分氢键开始发生断裂,无序的短纤维结构逐渐向均匀的球状颗粒结构转变,润滑脂结构稳定性增强但强度逐渐减弱.随着老化程度的加剧,脲基结构发生改变,稠化剂发生氧化且氧化产物增加,基础油大量流失,导致润滑脂硬化加剧.此外,试验结果表明温度越高,润滑脂老化劣化越迅速,氧化安定性越差,结构变化越快,结构强度越低.

微纳尺度固体超滑研究进展

超润滑,指摩擦阻力极低的状态,是润滑技术发展追求的终极目标.超滑能够大幅度减小甚至消除滑动界面的摩擦磨损、抑制摩擦能量耗散,有效延长运动部件的可靠性和服役寿命,具有重要的基础研究和工程应用价值.鉴于微纳尺度固体超滑是实现宏观工程超滑的基础,是可能解决现代制造业超精密、微型化发展面临严重摩擦磨损瓶颈问题的有效途径,因此有必要对学术界目前实现微纳尺度固体超滑的原理和典型方法进行探讨,深化认识固体超滑的实现策略,提高摩擦学研究服务现代文明的支撑能力.从早期的生活生产经验总结,到近代的机械啮合理论、黏着学说乃至当代原子分子水平摩擦理论,人们对摩擦和润滑的认识不断提高,但都不曾回避“摩擦总是伴随着动能/机械能消耗”的观点,即摩擦是界面滑动发生能量耗散的力学体现,滑动势垒的存在是滑动产生摩擦阻力的本征原因.因此,本文中将围绕如何降低滑动势垒、减小摩擦耗散的思辨理念,介绍当前固体超滑研究的发展和现状,着重探讨实现微纳尺度超滑的一般策略,简要综述学术界目前典型固体超润滑的原理和方法等.首先,介绍了结构超滑的提出、发展及其应用;其次,探讨了连续滑动超低摩擦行为的基础原理及应用等;此外,阐述了近年来提出的压力诱导超滑的理念,着重从现象发现、基本原理、试验观测方法及其可能的基础和应用价值等方面,介绍了压力诱导超滑的研究进展.最后,从基础研究和应用技术开发方面提出了超滑研究可能需要加强的几方面内容.以期通过当前综述,丰富学术界对超润滑的基本问题、科学意义及其应用价值的认识,阐明固体超滑的微观机理、实现策略,指出固体超滑面临的挑战及发展方向,助力固体超润滑从基础研究向工程应用迈进.

弹流润滑状态下热可逆超分子凝胶润滑剂成膜机制的研究

轴承和齿轮等机械部件在平稳运转过程中处于弹流润滑状态,研究超分子凝胶润滑剂在弹流润滑状态下的润滑性能具有重要意义.主要研究了热可逆超分子凝胶润滑剂在弹流条件下的摩擦学性能,采用同步热分析仪和差示扫描量热仪分析了超分子凝胶润滑剂的相转变温度和热分解温度,证明该凝胶润滑剂具有良好的热学稳定性.采用流变仪分析了超分子凝胶润滑剂的流变学性能,证明该凝胶润滑剂具有良好的机械稳定性和触变性.通过光弹流润滑油测量仪研究了超分子凝胶润滑剂在弹流润滑条件下速度、载荷以及浓度对成膜机制的影响.结果表明:膜厚随着速度增大而增加,随着载荷增大而减小;乏油时间随着载荷和浓度增大而增加.通过微牵引力测定仪研究了载荷、滑滚比和温度对Stribeck曲线的影响,结果表明载荷越大摩擦系数越大,滑滚比越大摩擦系数越大,温度升高摩擦系数减小.试验证明超分子凝胶润滑剂具有比基础油和锂基脂更优异的摩擦学性能,是1种具有潜在应用价值的新型润滑剂.

点接触滑动-往复自旋运动润滑成膜规律研究

为模拟滚动轴承中常见的自旋工况,设计开发了1种可分别控制滑动速度和自旋速度的点接触光弹流滑动-往复自旋试验装置.采用新开发的装置对带有自旋的钢球-玻璃盘接触副形成的弹性流体动力润滑油膜形状、厚度等进行试验研究,考察了运动学参数与供油条件对点接触自旋运动膜厚分布的影响,针对非稳态工况中的滑动-往复自旋复合运动进行了试验研究,对接触区油池分布以及供油状况进行了fluent两相流仿真.结果表明:设计的试验装置可精确模拟接触副滑动-往复自旋复合运动,并实现了对该条件下的油膜分布可视化研究.随着钢球自旋角速度增大,经典的马蹄形相对卷吸中心线的对称性就会消失,自旋速度越大,非对称性越明显,载荷越大,最小油膜厚度越小.在非稳态运动过程中,最大自旋角速度时刻的油膜厚度低于稳态条件下相同角速度的油膜厚度;增大钢球往复自旋运动频率,对应时刻的油膜厚度变化减小.往复自旋运动大大缩小了乏油工况下接触区入口距离,与仿真结果一致.

离子液体添加剂对润滑脂导电性及摩擦学性能影响的研究

导电润滑脂可用于解决轴承电蚀问题.对以双三氟磺酸基酯离子液体为导电添加剂的锂基润滑脂展开研究,使用自主搭建的电阻测量仪考察润滑脂的导电性能;使用UMT-3型摩擦磨损试验机探究分别添加质量分数为10%和20%离子液体的润滑脂在钢/钢接触条件下的摩擦学性能;另外将置于电场中一定时间后的离子液体润滑脂进行摩擦磨损试验,研究电场预处理对润滑脂润滑能力的影响;最后使用共聚焦显微镜对磨痕进行表面分析.结果表明:双三氟磺酸基酯离子液体作为导电添加剂能够显著提高锂基润滑脂的导电性能.双三氟磺酸基酯离子液体添加剂能够大幅增强锂基润滑脂的润滑能力,表面磨痕分析表明,往复运动条件下明显改善了接触区的磨损情况.将离子液体润滑脂置于电场中一段时间后,其润滑能力会进一步增强.

滚动轴承润滑研究中的几个问题

滚动轴承是高端装备中不可缺少的重要部件,轴承润滑问题的研究为滚动轴承设计、润滑剂选择、轴承可靠服役等提供理论基础。针对滚动轴承润滑相关的几个科学问题,重点概括了滚动轴承润滑数值计算方法及应用,总结了润滑油膜厚度和轴承内部润滑介质流动分布可视化测量技术,阐述了与润滑脂组分相关的机械剪切与温度等参数对润滑特性的影响机制,介绍了滚动轴承固体润滑机制,并从工程设计角度分析了轴承的润滑设计。基于当前研究现状,认为轴承润滑研究应重点面向真实条件下轴承润滑理论计算、与应用工况匹配的先进润滑材料的开发以及轴承润滑评测方法研发3个方面进行发展。

工程导向固体超滑(超低摩擦)研究进展

实现“零”摩擦磨损是润滑的终极目标,是保障机械系统高精度、高可靠、长寿命稳定运行和促进节能减排的关键之一.超滑,工程上称之为“超低摩擦”,从理论模拟计算开始,人们对超滑的认识和理解日益加深,但工程导向的固体超滑实现是极具挑战的技术问题.目前能够实现工程尺度固体超滑的材料候选者主要有有序二维材料和碳薄膜.本文作者从原理、试验到工程应用分别综述了这些材料的研究发展现状,并总结了工程导向超滑存在的问题,并对其未来的发展方向做出展望.

二硫化钼粘结固体润滑涂层的径向和切向微动损伤的比较研究

通过径向和切向微动试验考察了二硫化钼粘结固体润滑涂层的微动摩擦学特性 ,并利用扫描电子显微镜、能量色散谱和X射线光电子能谱等分析了两类微动损伤区的微观特征 .结果表明 :二硫化钼粘结固体润滑涂层具有良好的抗径向微动损伤性能 ;切向微动条件下无混合区存在 ,涂层损伤强烈依赖于位移幅值 ,并伴随MoS2 的氧化 ;

宽温域固体自润滑涂/覆层材料的研究进展

随着国防、航空、热核等高新科技的迅速发展,对润滑材料的研发也提出了更高的要求:不仅要求材料在高温下具有优异的减摩耐磨性能,同时要求材料在室温到高温宽温域范围内均具有良好的摩擦磨损性能.因此研制从室温到高温宽温域内均具有良好摩擦学性能的涂/覆层材料意义重大.在综合国内外大量文献的基础上,对宽温域固体自润滑涂/覆层材料的结构设计和性能研究进行了综述,并提出了未来一段时间内宽温域固体自润滑涂/覆层材料的发展趋势.

含纳米LaF_3的固体润滑涂层摩擦学及抗腐蚀性能研究

研究了纳米LaF_3微粒对粘结固体润滑涂层耐磨性及耐腐蚀性能的影响,重点考察了纳米LaF_3填料的质量分数对涂层耐磨性的影响以及纳米和微米LaF_3填料对涂层耐腐蚀性的影响。结果表明:含1%纳米LaF_3的涂层的耐磨性最佳,而纳米LaF_3填料对涂层减摩性能的影响不大;纳米LaF_3填料可以更有效地提高涂层的耐腐蚀性能。