摩擦学研究及发展趋势摘要本文主要介绍了摩擦学的发展历程以及发展趋势，说明了发展摩擦学的重要性，并结合我国实际情况，简要论述了我国摩擦学的发展之路。
关键词：摩擦学发展历程及趋势发展之路一概述摩擦学是科学和工程学中最重要的领域之一,因为它既具有提高产品的可靠性、延长其使用寿命及节约材料和能源的意义,又是当今最活跃的交叉科学领域之一。
它涉及流体力学、固体力学、化学、物理、材料科学、数学和机械工程学等学科,它的发展经历了以下几个阶段：古典摩擦定律,“凸凹(或机械)说”与“分子(或分子粘附)说”两个学派的争论。
分子一机械说”。
二摩擦学研究的方法2.1 主要方法20世纪80年代以来摩擦学设计受到广泛的重视,但所有讨论都集中在摩擦副的设计上,而摩擦学设计所拥有的系统依赖性、时问依赖性和多学科、跨学科特性决定了摩擦学问题的研究难度。
主要采用的摩擦学设计方法有:（1）磨料磨损计算方程、粘着磨损计算方程、胶合计算方程（2）IBM的零磨损、可测磨损的计算方法;（3）组合磨损计算方法;（4）以数值解为基础,考虑热效应的热弹流、考虑动态效应的非稳态流、考虑润滑剂非牛顿性的流变弹流以及分析粗糙表面的微观弹流等润滑理论与方法;（5）将各种实际因素全部纳入分析的普适性最高的润滑方程;( 6 )现代通信技术、计算机技术和信息技术的发展为摩擦学设计建立知识资源库提供新的思路,现代制造、敏捷制造、CIMS和计算机支持协同工作等新技术为摩擦学设计的知识资源库提供了可资利用的基础。
2.2中国摩擦学数据库主要有摩阻材料、固定磨粒磨料磨损、松散磨粒磨料磨损、静摩擦系数、边界往复润滑条件下的摩擦磨损、咬死极限、滑动轴承疲劳磨损、国产润滑油高温高压下的粘压一一粘温试验、减摩耐磨表面强化摩擦磨损、润滑脂、流体动力轴承刚度和阻尼系数等。
当前在建设知识资源库中所要解决的主要问题是:（1）建立原有知识与数据资源的查询利用模块,有效收集、存取、设计有关信息;（2）新知识和新数据的存储与旧知识和旧数据的更新模块。
新产品必须被理解为新知识的物化,能用一定方式帮助专家提取、存储与设计相关的各种知识,并提供各种知识操作方法;（3）问题分析和设计模块。
能对设计行为进行分析、评价,以便设计者作出正常决策;（4）数据转化模块。
材料的摩擦学特性,通常不是其固有属性,从各种渠道收集到的特性数据,都是在某一特定条件或标准系统下所获得的性能,因而要把这种特性数据用于当前设计对象,必须通过系统分析实现不同系统条件的转化。
三摩擦学研究取得的重大科技成果20多年来,在摩擦学研究方面已经取得了许多重要的科技成果：3.1 原理与基础方面对低压润滑,加深了流体动静压轴承的空穴现象及其对轴承中润滑剂的流量和高速重载下转子稳定性影响的了解;对高压润滑及在光滑面上线和点接触时的牛顿流体和非牛顿流体的弹流润滑也加深了认识;应用多重网格法将实际表面粗糙形貌作为计算时的输入数据,提高了对粗糙表面润滑的理解;d.考虑表面形貌特征,能更好地预测用不同加工方法制得的润滑表面粗糙峰的行为;对弹流润滑接触条件下的摩擦和附着与润滑剂分子结构的关系的理解取得了明显的进展等。
3.2 润滑剂和润滑方面弄清了润滑剂中混入粒子对弹流接触表面磨损速度和耐磨寿命的影响,计算含粒子润滑剂所产生的剪切力可预测润滑表面的耐磨寿命;弹流润滑和材料技术(净化钢)的研究,使滚动轴承的疲劳寿命大幅度延长(达25年),凸轮和齿轮也有了同样的进步;弄清了聚合物基复合材料的性能与结构对润滑性的影响,以及环境因素的影响；开发了合成烃,如聚a一烯烃(PAo),适用于汽车、飞机及其它工业部门;抗磨添加剂的组成和相互作用,以及温度的分解效应的研究取得了进展;f.开发了既适用于烃类,又适用于水系润滑剂的异极添加剂;发展了金属一有机系润滑化合物等。
3.3 材料与表面处理方面耐磨表面涂层技术的开发,特别是减摩、耐磨的物理气相沉积(PvD)、化学气相沉积(CvD)及离子注入技术的开发;开发了切削刀具用的极薄的TIN、TIAIN、TIBN及其它涂层的涂膜方法,广泛应用于从机械制造的金属切削工具到土木工程用挖掘机前铲齿的大量机械中,使生产效率大大提高;开发了高温下摩擦学应用的强韧性整体陶瓷;开发了固体润滑填充聚合物及聚合物一金属复合材料;发展了人造卫星摩擦部件空间真空用干膜润滑剂(铅膜和MoSZ膜)的涂膜工艺,制成了在真空中极长寿命的铅膜润滑球轴承(典型的达到l护转);类金刚石膜涂膜技术的开发等。
3.4设计和运转方面开发了电磁式磁悬轴承,不仅用于宇宙飞船、工业泵和马达,而且用于涡轮发电机(直径lm)和高速研磨机;空气轴承的开发;发展了永磁磁悬轴承;铁粉流体动力密封和轴承的开发;核反应堆摩擦学的发展等。
四摩擦学研究的发展趋势摩擦学设计前沿涉及多学科、多工程技术领域,需要从设计方法、手段、技术等方面有新的突破。
由此所带来的经济效益也是巨大的。
现代摩擦学的发展总趋势将是交叉综合化,柔性集成化,智能数字化,精密微型化,高效清洁化。
摩擦学与机构学、仿生机械和仿生制造领域交叉结合,可重构机械工程设计理论与制造系统的技术模式。
摩擦学研究已从传统的力学向材料科学与技术转移;适合于高温应用的或具有低摩擦长寿命的摩擦学材料和润滑剂;磁记录和微型机械的微观摩擦学及纳米级材料摩擦学;摩擦学设计和摩擦学知识的转移。
主要由以下几个方面：4.1 生态/环境摩擦学生态/环境摩擦学最重要的任务就是节约能源和减少对环境的负面影响,主要包括资源和材料的节约,优化设计,优化运行,降低能耗和环境保护。
(1)自行乳化的生物润滑剂(美)和符合新的欧洲生态标记技术标准的新的环境友好添加剂(英)。
(2)金属切削液中的生物添加剂(美),含植物油的金属切削液(瑞典),金属切削液环境(冷却液系统)中悬浮于空气中的颗粒、微生物和内毒素(Endotoxin)的研究(美、德),以及切削液对皮肤的适应性的研究(德)。
4. 2 生物/人体摩擦学(1)人工关节摩擦学的基础性研究，包括临床和实验室对人工髋节的磨损机制的研究(德),可修复的人工关节软骨的耐磨性研究瑞典),以及蛋白质和类脂化合物对超高分子量聚乙烯(UHMPE)磨损性能综合作用的研究(日)。
(2)牙齿和颅面的摩擦学用金属/金属和丙烯酸/金属配置的颞下颌关节的关节成形术(美)。
(3)人类皮肤摩擦学人类皮肤摩擦机制以及识别与皮肤触摸特性相关的声学特征(法)。
4.3 磁存贮摩擦学(1)浮动块的动力学以及超低飞行的浮动块/盘界面的弯月形粘附的研究(美);(2)控制飞行高度的纳米-热致动器(美);(3)新的合成多功能全氟聚醚(PFPE)润滑剂(日)。
4.4 纳米摩擦学(1)微机电系统(MEMS)界面的纳米摩擦学(美);(2)纳米磨损图(美)和纳米微动磨损(以色列);(3)类金刚石碳(DLC)纳米复合材料涂层(美,海军研究实验室)和Au/MoS2纳米复合材料膜(美,宇航公司);(4)制备润滑添加剂的纳米材料:包括无机类富勒烯纳米颗粒(WS2, MoS2),碳纳米管,碳纳米管/聚乙烯基吡咯烷酮共聚物(中,日,以色列)。
五我国摩擦学的发展我国学者2004年在国际上发表的论文数量在国际摩擦学界居第4位,可以算是一个摩擦学大国。
但是,我国摩擦学界至今还没有对我国国民经济和科学技术的发展做出过十分重大的贡献,在国际上的影响也还不大(至今还没有人获得过国际摩擦学界的最高奖——摩擦学金奖),为了加速我国摩擦学发总体上正确把握我国摩擦学发展的方向,明确战略目标和发展重点,而发展战略就是指导全局发展的重大谋划(方略)。
因此,从总体上认真研究我国摩擦学的发展战略具有重要的现实意义,应当成为我国摩擦学界当前的首要任务。
(1)摩擦学的研究要适应技术与经济以及社会的发展,加强摩擦学研究成果向工业转化,以充分发挥应用摩擦学知识和技术获取重大经济与社会效益的作用。
(2)要找到可充分发挥摩擦学多学科性的优势和克服跨学科研究的各种障碍的体制和机制。
(3)要使公众不断深化对摩擦学在经济与社会中的重要作用的认识。
六总结在未来的10年,摩擦学研究面临的挑战将主要来自生态/环境,信息和生物3方面的技术发展和需求。
未来环境和能源的需求将会提出越来越困难的摩擦学问题,常规的摩擦学考虑将会被排除在主要的设计和开发过程之外,而对再循环、轻量化和在摩擦学应用中采用仿生的办法等技术的需求将会随着设计的可持续性需求的增加而增长。
我们将面临多方面的挑战,如想取得重大的突破和进展,就必须克服开展跨学科研究和利用全球装备的各种障碍。
提出摩擦学的主要挑战是能够设计出可达到预期寿命的自修复、自保持的摩擦学系统和具有特定概率寿命的、不用维护的摩擦学系统。
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