摩擦學發(fā)展概況綜述

摩擦學開展概況綜述姓名：XXX學號：XXX日期：2016年5月

目錄1.引言 22.近年來我國摩擦學開展的重要成就 22.1摩擦學教育 32.2摩擦學研究 33.現(xiàn)代摩擦學的開展 44.70~90年代摩擦學的主要研究內(nèi)容 54.1磨損研究 54.2流體動壓軸承 54.3流體靜壓支承和動靜壓支承 54.4彈性流體動壓潤滑 64.5固體潤滑材料 64.6潤滑油脂材料 64.7摩擦學測試技術(shù)及共況檢測 65.90年代后至今摩擦學的開展方向 66.工業(yè)界的摩擦學研究 77.摩擦學工業(yè)應(yīng)用舉例 88對摩擦學在我國國民經(jīng)濟中的重要作用的幾點認識 99.摩擦學面臨的挑戰(zhàn) 910.結(jié)束語. 10摘要：本文簡要介紹了摩擦學的開展歷史、研究內(nèi)容及其在機械工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用,并提出了當今摩擦學的主要開展方向?；貞浟宋覈Σ翆W開展的歷程,綜述了近年來我國摩擦學開展的重要成就,分析了摩擦學在我國國民經(jīng)濟開展中的重要作用,強調(diào)了節(jié)能、節(jié)資應(yīng)該是摩擦學應(yīng)用研究的主要開展方向。摩擦學在解決我國國民經(jīng)濟和社會開展中所面臨的資源、能源、環(huán)境問題中具有重要的戰(zhàn)略地位,對我國建設(shè)可持續(xù)開展的資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會,對國家平安、公眾健康和高新技術(shù)的開展都具有重要作用。顯然,國內(nèi)面臨的嚴峻形勢需要我國摩擦學的開展,并賦予它新的歷史使命,即摩擦學除了繼續(xù)發(fā)揮它對高新技術(shù)和許多科技與工程領(lǐng)域的技術(shù)支撐作用之外,還應(yīng)成為節(jié)約資源、能源,保護生態(tài)環(huán)境,實現(xiàn)經(jīng)濟社會與自然生態(tài)、環(huán)境資源協(xié)調(diào)開展的一支重要力量。1.引言按照當今的概念,摩擦學是研究作相對運動的相互作用外表及其有關(guān)實踐的科學與技術(shù),以摩擦、磨損和潤滑為主要研究內(nèi)容。根據(jù)這個概念,遠古時代的鉆木取火技術(shù)應(yīng)該是比擬早的摩擦學技術(shù),在公元前幾千年的制陶工具———陶輪中人們就已經(jīng)開始使用軸承;戰(zhàn)車的使用也可以追溯到夏代。詩經(jīng)里的“載脂載轄,還車言邁”是我國早期使用潤滑脂的文字記載,說明最晚在2500年前人們就已經(jīng)開始普遍使用潤滑劑了。我國摩擦學技術(shù)的早期研究有著悠久的歷史。摩擦學(Tribolgy)一詞是在1966年以后才開始使用并收入在牛津大學出版社出版的牛津英語詞典中,這個新詞是英國HPeterJost先生于1966年3月9日首先提出的。摩擦學包括摩擦、磨損與潤滑。摩擦學被定義為“研究相對運動的相互作用的外表的有關(guān)理論與實踐的一門科學與技術(shù)”。摩擦學是當今國際上研究十分活潑和受到各國普遍重視的交叉學科領(lǐng)域。摩擦學涉及材料科學、外表工程、流體力學、化學、物理及機械工程等學科。目前,摩擦學的研究不僅存在于機械系統(tǒng)中,而且存在許多領(lǐng)域中,如計算機工業(yè)中的磁性信息儲存器、核反響堆中的摩擦學問題、醫(yī)療工程中的生物摩擦學等。由于過去沒有摩擦學的概念,各項研究工作都是在自然形成的各自的技術(shù)領(lǐng)域(如摩擦、磨損、潤滑)中進行的,摩擦學科學研究進展緩慢。直到1966年,以HPJost博士為首的專家小組,提出了著名的《英國教育科研部關(guān)于摩擦學教育和研究的報告》(Jost報告)。該報告提出了“摩擦學”這樣一個學科術(shù)語,它把摩擦、磨損、潤滑及其相互作用的外表科學聯(lián)系起來。摩擦學的提出對于促進該學科領(lǐng)域的開展具有十分重要的意義。2.近年來我國摩擦學開展的重要成就2006年中國工程院專門立項進行了《摩擦學科學與工程應(yīng)用現(xiàn)狀與開展戰(zhàn)略研究》。工程由徐匡迪院長擔任參謀,機械與運載工程學部副主任張彥仲院士任組長,謝友柏、薛群基、徐濱士院士任副組長,來自全國各高等院校、研究院所、大型企業(yè)和軍事部門的33個單位的15位院士、63名專家直接參加了調(diào)研工作,另有200余位各個行業(yè)的摩擦學專家教授、工程技術(shù)和管理人員協(xié)助參加了調(diào)研工作。工程組按照調(diào)研對象(行業(yè))成立了冶金、能源化工、機車、汽車、航空航天、船舶、軍事裝備和農(nóng)業(yè)裝備等8個課題組,結(jié)合我國實際,采用面上調(diào)查和典型事例相結(jié)合的方法,選擇了假設(shè)干有代表性、專業(yè)人員根底較好、統(tǒng)計資料較完整的企業(yè),通過問卷調(diào)查、組織座談和專題討論,以及深入現(xiàn)場收集資料等多種方式開展了調(diào)研工作。根據(jù)調(diào)查結(jié)果可以認為,20年來我國在摩擦學教育、科研和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域取得了許多重要成果。2.1摩擦學教育自從20世紀80年代我國摩擦學學科正式確立以來,廣闊的摩擦學科技工作者非常重視摩擦學教育和普及,在摩擦學教育領(lǐng)域取得了豐碩成果。其主要成果可以用“一個教學體系、一支教師隊伍、一套科教著作、一批高水平人才”的“四個一”來描述。經(jīng)過20多年的努力,我國已經(jīng)初步建立了一個摩擦學教育教學體系。根據(jù)調(diào)查結(jié)果,我國大專院校在2001—2005年間大約平均每年招收培養(yǎng)與摩擦學有關(guān)的博士研究生115人,碩士研究生338人,本?？粕?019人。這個數(shù)字相對于全國400多個二級學科專業(yè)來說,大約相當于一個中小型二級學科專業(yè)的招生人數(shù)。我國摩擦學師資隊伍中大約有教授200人,副教授116人,講師和其他人員45人,總數(shù)約361人。這支隊伍中凝聚了我國摩擦學教學科研的高水平人才,是我國摩擦學學科開展的先鋒隊。在教材建設(shè)方面,1985年以前,我國只有兩本正式出版的自編摩擦學教材。據(jù)不完全統(tǒng)計,從1998—2006年,我國摩擦學工作者共編輯并正式出版摩擦學方面的教材和教學參考書30余本,其中英文教學參考書兩部。溫詩鑄院士主編的《摩擦學原理》屢次再版并獲得全國科技圖書獎。張嗣偉教授編著的《橡膠摩擦學》被國際著名出版社ELSEVIER以英文出版。這些科技著作和教材必將為開展摩擦學教育教學活動發(fā)揮重要作用。根據(jù)對近12年來在《潤滑與密封》和《摩擦學學報》兩大主要摩擦學專業(yè)刊物上發(fā)表論文的人數(shù)和篇數(shù)的統(tǒng)計分析,我們可以大體上得到我國從事摩擦學教學和科研的專業(yè)隊伍情況:近十年來曾經(jīng)參與過摩擦學研究的人員大約在5000人以上,能比擬穩(wěn)定地從事摩擦學專業(yè)研究,平均3年發(fā)表一篇論文的專業(yè)研究人員大約為600人,平均每年發(fā)表一項以上研究成果的專業(yè)核心研究人員約為100人。這些數(shù)據(jù)說明我國20年來開展摩擦學教育的成績是顯著的,它為我國進一步開展摩擦學研究和應(yīng)用造就了一支骨干隊伍。特別可喜的是,這支隊伍中有一批中青年科技精英,其中有國家杰出青年基金獲得者8人。這一個教學體系、一支教師隊伍、一套科教著作和一批高水平人才為我國摩擦學學科開展奠定了根底,特別是這一批高水平人才必將在我國建設(shè)節(jié)約型社會、推動循環(huán)經(jīng)濟和走新型工業(yè)化道路的進程中發(fā)揮重要作用。2.2摩擦學研究1986年全國摩擦學工業(yè)調(diào)查后,政府有關(guān)部門和學術(shù)界對開展摩擦學的重大意義有了更加深刻的認識。科技部、國防科工委、中國人民解放軍總裝備部等對摩擦學研究給予了很大支持。摩擦學研究機構(gòu)有了跨越性開展,先后以清華大學為依托建立了摩擦學國家重點實驗室,以蘭州化物所為依托建立了固體潤滑國家重點實驗室。以清華大學、西安交通大學為代的高校學術(shù)隊伍,以蘭州化物所為代表的科研隊伍和以原機械工業(yè)部有關(guān)院所、石油化工研究院為代表的技術(shù)開發(fā)隊伍初步形成了一支比擬完整的摩擦學研究隊伍。據(jù)不完全統(tǒng)計,我國現(xiàn)有摩擦學研究所(中心)26個,摩擦學研究室大約100個。我國摩擦學研究的根底性研究經(jīng)費主要來自國家自然科學基金委員會。1986—2004年國家自然科學基金委員會工程與材料科學部資助與摩擦學相關(guān)的研究共計335項,資助總經(jīng)費計5731.51萬元。除上面工程外,國家自然科學基金委員會還資助杰出青年基金8項,優(yōu)秀創(chuàng)新研究群體3項,重點工程11項。近年來,我國摩擦學及其相關(guān)領(lǐng)域的根底研究既瞄準了科學前沿,又面向國家重大裝備和工程的需求,大大促進了摩擦學和相關(guān)學科的開展,同時又解決了我國國民經(jīng)濟、社會開展和國家平安中出現(xiàn)的許多重要的摩擦學技術(shù)問題,使我國摩擦學的理論與應(yīng)用技術(shù)在國際上占有重要位置。例如受國家自然科學基金連續(xù)資助的清華大學摩擦學國家重點實驗室在薄膜潤滑和納米摩擦學理論與技術(shù),中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室在空間和固體潤滑理論、技術(shù)及其應(yīng)用,西南交通大學牽引動力國家重點實驗室在輪軌波浪磨損、接觸疲勞與微動磨損的理論與實驗,吉林大學在生物脫附、減磨原理以及地面機械脫附仿生理論與技術(shù)等領(lǐng)域的研究成果在國際上產(chǎn)生了較大影響。我國摩擦學研究,一方面在研究中得到不斷開展和完善,同時又涌現(xiàn)出了為摩擦學的開展做出了重要奉獻的數(shù)名院士和一批優(yōu)秀的青年學者。摩擦學已成為21世紀初我國機械工程學科在國際上最具影響的學科之一。1991年以來,摩擦學研究領(lǐng)域獲得的國家三大科技獎項,計有12項。3.現(xiàn)代摩擦學的開展人們很早就會利用滾動摩擦,但對于滾動摩擦的實驗研究及理論研究都很不夠。滾動運動可分成三種根本滾動形式,其外表作用與摩擦機理各不同。有:自由滾動;具有牽引力的滾動;伴隨著滑動的滾動。滾動摩擦阻力主要由以下四種因素形成:1)塑性變形;2)彈性滯后;3)微觀滑動;4)粘著效應(yīng)。自50年代來,滾動摩擦理論為:彈塑性固體的滾動阻力主要歸因于固體接觸過程中的變形損失及滯后損失。滾動阻力的大小主要取決于以下四個方面:1)滾動的類型及受力方式:2)滾動副的彈塑性性質(zhì)(如彈性摸量,屈服點);3)負載大小;4)兩物體的大小、形狀及相互配置關(guān)系。另外,滾動阻力一般隨負載的增加而增大,隨滾動半徑的增大而減小,但不一定成線性關(guān)系。在中國摩擦學開展歷程中,特別值得紀念的是第一次全國摩擦學學術(shù)大會。1962年10月15日—20日在蘭州由中國科學院技術(shù)科學部和中國機械工程學會聯(lián)合舉辦了“第一次全國摩擦、磨損和潤滑研究工作報告會議”。會議收到論文51篇,有96個單位的160多名專家參加了會議,分3個小組宣讀和研討了28篇學術(shù)論文及5個專題報告。會上還建議在中國機械工程學會下籌備成立摩擦、磨損與潤滑學會。1979年3月18—25日中國機械工程學會在廣州主持召開了“第二次全國摩擦磨損潤滑學術(shù)會議”,會議期間成立了“中國機械工程學會摩擦磨損潤滑學會”,選出了由42名科學技術(shù)工作者組成的第一屆理事會。與會代表溝通了情況,提高了認識,研究、提出了包括科研、教育、培訓等內(nèi)容的中國摩擦學開展的策略。“摩擦磨損潤滑學會”經(jīng)過將近兩年的學術(shù)討論之后,在1980年11月于蘇州召開的第一屆理事擴大會上,全體同意將本學會名稱正式定名為“摩擦學學會”。我國20世紀80年代的摩擦學工業(yè)應(yīng)用調(diào)查對摩擦學的開展具有重要的影響。這次調(diào)查從1982年3月在北京召開的“摩擦學工業(yè)調(diào)查座談會”開始,通過1982年8月的蘭州會議、1983年7月的安徽會議、1983年9月的大慶摩擦學工業(yè)調(diào)查現(xiàn)場座談會、1984年10月的鎮(zhèn)海座談會和1985年12月的廈門“全國摩擦學工業(yè)應(yīng)用技術(shù)交流會”等6次會議,參加調(diào)查的人數(shù)達5000人以上。調(diào)查的直接收獲是得出了在中國應(yīng)用摩擦學技術(shù)可能獲得的潛在經(jīng)濟效益的一個較為客觀的估計。這個估計數(shù)值是根據(jù)各個行業(yè)提供的應(yīng)用案例或?qū)嶒灁?shù)據(jù)測算來的。根據(jù)比擬有說服力的各行業(yè)調(diào)查報告的測算結(jié)果:冶金行業(yè)節(jié)約為2.8～4.4億元,石油行業(yè)約為2.8億元,煤炭行業(yè)為3～4億元,鐵道運輸業(yè)為3～4億元,農(nóng)機行業(yè)約20億元,交通運輸(汽車)行業(yè)約為5億元。“根據(jù)我國對冶金、石油、煤炭、鐵道運輸、機械5大行業(yè)的調(diào)查,經(jīng)過初步統(tǒng)計和測算,應(yīng)用已有的摩擦學知識,每年可以節(jié)約37.8億元左右,約占這5個行業(yè)1984年`可計算局部'生產(chǎn)總值的2.5%左右”。這局部產(chǎn)值相當于1984年工業(yè)總產(chǎn)值的20%,按此比例推算,1984年我國應(yīng)用摩擦學可節(jié)約的潛力為176.4億元,約占國民總產(chǎn)值的1.37%。進一步推算到2000年,應(yīng)用摩擦學技術(shù)在工礦企業(yè)中的節(jié)約潛力約為400億元。根據(jù)石油、冶金、煤炭等有關(guān)企業(yè)估計,要獲得這些經(jīng)濟效益估算投資效益比大約為1∶50。這次調(diào)查的意義不僅僅在于它第一次給出了中國開展摩擦學研究、教育和應(yīng)用活動的經(jīng)濟效益估計,也不僅僅在于它第一次發(fā)動了那么多企業(yè)和技術(shù)人員參加,更重要的是,它使眾多的企業(yè)和廣闊的技術(shù)人員認識到了摩擦學應(yīng)用的重要性,極大地促進了摩擦學技術(shù)的應(yīng)用,對其后的摩擦學開展起到了重要的推動作用。4.70~90年代摩擦學的主要研究內(nèi)容4.1磨損研究通過對磨損狀態(tài)和磨損微粒的分析及對磨損過程的深入研究,出現(xiàn)許多磨損機理研究。早期有粘著磨損理論,磨料磨損理論和疲勞磨損理論。近代有磨損的剝層理論,此理論是由美國的SUH提出的,它是以位錯理論以及靠近外表金屬的斷裂和塑性變形為根底的。通過掃描電子顯微鏡的照片分析說明,磨損碎片的形狀為薄而長的層狀結(jié)構(gòu)是由于外表下裂紋生長的結(jié)果.磨損、腐蝕與斷裂是機械零件損壞失效的三大主要原因,在摩擦學中對磨損的研究占有較重要的地位。磨損機理和影響因素1)磨損機理的根底研究,如摩擦外表分析、次表層結(jié)構(gòu)和應(yīng)力以及外表疲勞機理分析等;2)工程研究,如開發(fā)新型耐磨、減摩材料和磨損實驗方法等。在磨損機理的研究上,已有不少學者提出了眾多的理論如微觀切削理論、原子轉(zhuǎn)移理論、粘附失效理論、疲勞失效理論、剝層失效理論、能量理論等,所有的摩擦磨損理論還存在一些不完善的地方,沒有全面的、綜合的、統(tǒng)一的概念。由這些理論選用相應(yīng)的磨損模型,加上統(tǒng)計分析法等來分析和評價機械零件的耐磨性。從國外磨損機理研究可看到,當前摩擦學研究已經(jīng)進入一個新的階段,即采用微觀、外表分析儀器來觀察外表形態(tài)的瞬間變化和外表化學成分的變化;采用先進數(shù)據(jù)處理設(shè)備,處理實驗所得的數(shù)據(jù)。在開發(fā)新型耐磨、減摩材料方面,金屬玻璃、聚合物復合材料、橡膠和陶瓷得到很大開展。各種新型外表處理工藝如涂敷、刷鍍、離子注入、離子敷涂、離子濺鍍、外表速熔、電子束熔化、激光外表熔化等工藝得到快速開展。在摩阻方面經(jīng)歷了三個開展階段,即天然材料~合成材料~多種材料復合。4.2流體動壓軸承流體動壓軸承的研究己有一個世紀,根本理論己相當成熟,然而由于機械設(shè)備向超大型化、自動化、高精度和高參數(shù)運行開展,需要相應(yīng)的軸承。1)新型結(jié)構(gòu)或特殊用途軸承。2)軸承計算中考慮慣性、紊流、熱效應(yīng)及外表粗糙度、彈性變形、軸頸歪斜等影響。3)改善軸承動態(tài)特性和可靠性。4)應(yīng)用有限元法、有限差分法、變分直接法和電子計算機輔助設(shè)計等提高計算精確度。4.3流體靜壓支承和動靜壓支承流體靜壓支承已作為一種成熟技術(shù)廣泛應(yīng)用于機床和各種機械、精密儀器中,具有回轉(zhuǎn)精度高、抗振性好、摩擦阻力小、能耗低、使用壽命長等特性。其開展有以下幾方面:1)從一般結(jié)構(gòu)形式的靜壓支承到特殊結(jié)構(gòu)形式的靜壓支承;2)從靜壓支承的原理與結(jié)構(gòu)上增加節(jié)能措施;3)提高支承動態(tài)特性和運轉(zhuǎn)精度;4)使用差分法、有限元法及電子計算機輔助設(shè)計計算測試及處理實驗數(shù)據(jù);5)支承的標準化、系列化和通用化。4.4彈性流體動壓潤滑有關(guān)光滑外表的彈流潤滑理論,尤其是等溫狀態(tài)下膜厚與膜壓計算已較成熟。在彈流潤滑理論研究中,局部膜彈流和微彈流有了很大開展。而粗糙外表的彈流潤滑理論4.5固體潤滑材料隨著現(xiàn)代技術(shù)的開展,愈來愈多的機械需要在無油或少油潤滑條件下工作,解決此類問題的關(guān)鍵是研究和應(yīng)用固體潤滑材料。特別是那些在特殊共況下工作的機械,對固體潤滑材料的承載能力、壽命及環(huán)境適應(yīng)能力有更高的要求。摩擦副的高溫工作狀態(tài)對固體潤滑材料提出了更高要求。4.6潤滑油脂材料我國潤滑油脂材料開展快,生產(chǎn)形成規(guī)模。但科研水平與國外先進水平相比有差距。4.7摩擦學測試技術(shù)及共況檢測常用的工況檢測技術(shù)有光譜分析、鐵譜、放射性同位素測量技術(shù)、污染度自動計算分析儀等。5.90年代后至今摩擦學的開展方向1997年9月8日至12日,在英國倫敦召開了第一屆世界摩擦學大會。這次大會是自從摩擦學這門新學科在1966年創(chuàng)立后,第一次在世界范圍內(nèi)召開的規(guī)?？涨暗氖h探討了當今摩擦學的開展方向。1)潤滑和磨損仍是當今摩擦學研究的兩大主題,但更注重工業(yè)應(yīng)用。在潤滑研究方面,主要涉及彈性流體動力薄膜和邊界膜,厚流體膜軸承,轉(zhuǎn)子軸承,固體潤滑及汽車發(fā)動機潤滑等。在磨損研究方面,主要涉及外表接觸力學、金屬系統(tǒng)、陶瓷系統(tǒng)和高分子材料系統(tǒng)磨損。2)外表工程的研究是當前摩擦學的重要領(lǐng)域。外表工程是摩擦學研究的根底,因摩擦、磨損和潤滑一般都發(fā)生在相對運動的摩擦外表上,因此了解和研究摩擦外表形態(tài)、接觸過程、提高外表耐磨性的工藝方法和外表抗摩減磨材料的使用技術(shù)等,均是外表工程研究的主要內(nèi)容,也是當前國際摩擦學研究的重點之一。分以下幾個內(nèi)容:a)外表耐磨涂層技術(shù)開展。如CvD化學氣相沉積法,yPD物理氣相沉積法及離子注入技術(shù)法可制得厚度只有幾個亞微米(納米級)但硬度極高的外表涂層。b)外表高分子抗摩耐磨材料。為滿足高精度大型機床開展的需要,德國率先在國際上成功開發(fā)了低摩擦系數(shù)、高耐磨性、無爬行和高強度的環(huán)氧涂層材料,解決了機床在重載低速運行下的爬行問題。這種外表抗摩涂層是由高分子化合物環(huán)氧樹脂及高性能的填料組成。另一類外表高分子抗摩材料是以美國震板公司開發(fā)的用于滑動外表的高分子抗摩軟帶。它是以聚四氟乙烯為基添加不同填料所成的高分子復合材料。c)激光外表的改性技術(shù)。激光技術(shù)是本世紀60年代出現(xiàn)的重大科學成就之一。經(jīng)過了30年的開展,’已成為一項重要的金屬外表強化技術(shù)。其優(yōu)點是:加熱速度快,無需淬火介質(zhì):可對工件選擇性處理,變形小,可在廉價材料外表取得摩擦學性能優(yōu)異的合金層。按激光密度由小到大順序分為:激光相變硬化、激光包覆、激光合金化、激光上釉和激光沖擊強化等。據(jù)報道,激光熱處理后其材料外表硬度可達110OVH。3)摩擦學系統(tǒng)工況檢測及故障診斷技術(shù)工況檢測技術(shù)在40年代從航空工業(yè)開始迅速擴展應(yīng)用到機械工業(yè)、鐵路機床、船舶、采礦冶金及化工等許多部門。鐵譜技術(shù)是70年代初開展起來的一種機器磨損狀態(tài)檢測和故障診斷技術(shù)。隨著電子計算機廣泛應(yīng)用于狀態(tài)檢測與故障診斷,各不同的檢測方法已逐步形成一個系統(tǒng)的狀態(tài)檢測技術(shù)體系,不僅應(yīng)用在機械設(shè)備故障診斷中,而且形成摩擦學系統(tǒng)狀態(tài)檢測與故障診斷技術(shù)。按磨屑磁性沉淀原理設(shè)計的鐵譜儀目前有幾種類型:直讀式、分析式、旋轉(zhuǎn)式及在線式。4)磁記錄系統(tǒng)摩擦學研究是微觀摩擦學領(lǐng)域的熱門課題。近巧年來,微觀摩擦學研究在許多國家已逐步深入,并取得很大進展。微觀摩擦學(Miintirbolog卯或稱納米級摩擦學(Nan。一tirboogy)近年來在國際上引起廣泛興趣,因為它對現(xiàn)代磁記錄系統(tǒng)的開展起了重要作用。納米摩擦學是研究納米尺度(1一10mn)的超薄膜的摩擦學行為。納米尺是介于原子、分子與宏觀物體間尚未被充分認識的新領(lǐng)域。常用磁盤保護層厚度20一30lnn。專家預測,隨著高新技術(shù)開展,這層保護膜厚度可減小到10二或更薄。5.研究摩擦學對機械工業(yè)的重要意義摩擦學是一門應(yīng)用科學,在國外開展很快.摩擦學研究成果對于提高機械設(shè)備運行可靠性、延長使用壽命、減少事故發(fā)生及節(jié)約能源和原材料消耗等方面己取得很大經(jīng)濟效益。摩擦學是一門研究作相對運動的相互作用的對偶外表的理論和應(yīng)用的科學技術(shù)。也就是研究各種機械設(shè)備普遍使用的運動副如軸承、齒輪副、蝸輪蝸桿副、絲杠螺母副、傳動鏈或皮帶、滑動導軌副、缸套活塞環(huán)、犁燁、斗齒、釬套、紡錠等等在相對運動時接觸外表的摩擦磨損與潤滑問題。摩擦過程,其實也是能源損耗過程,因此減少摩擦和由于摩擦而造成的磨損也就是減少能源損耗。潤滑是降低摩擦,減少磨損,節(jié)約能源和大幅度提高經(jīng)濟效益的重要措施.眾所周知,世界上目前能量的平均有效使用率不超過60%,也就是說有1/3~1/2能量是在傳遞過程中消耗在克服摩擦上,同時還使零件外表產(chǎn)生磨損。機器的零部件因摩擦磨損導致失效而必須更新或修理的,約占部件總數(shù)的60一8%0。為了修復和更換已磨損的零配件,又要花費大量能量、材料和人力。從國外報告可知,開展摩擦學科研與教育培訓,采用優(yōu)化的機械設(shè)計,適當進行潤滑,降低摩擦,提高產(chǎn)品效率、可靠性和質(zhì)量,延長產(chǎn)品使用壽命,就可以節(jié)約能源,減少外表磨損,從而減少零配件消耗能量和維修工作量,得到最大經(jīng)濟效益.從英美等國的調(diào)查報告所列舉的數(shù)字可看到,充分運用已有的摩擦學知識,可使該國工業(yè)所節(jié)約的費用,相當于國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的1%。6.工業(yè)界的摩擦學研究英國工業(yè)界的摩擦學研究很廣泛,其特點是與學術(shù)界有很密切的聯(lián)系。具有代表性的單位有以下幾個:(1)Jost摩擦學技術(shù)研究所:2003年8月成立于中蘭開夏大學技術(shù)系,主要開展與工業(yè)有關(guān)的研究與教學以及技術(shù)轉(zhuǎn)移工作。(2)Unilever公司:它有重大的摩擦學研究方案用于支持大量的食品以及家庭與個人護理的產(chǎn)品。該公司有員工23萬,每年用于研發(fā)的費用約10億英鎊(相當于營業(yè)額的2.5%)。用于改善產(chǎn)品質(zhì)量的摩擦學研究主要在兩個研發(fā)實驗室進行。近幾年來進行的摩擦學研究有:牙齒磨損,牙刷的磨粒磨損以及與進食食物口感有關(guān)的水溶液聚合物的流體潤滑等。(3)國家摩擦學中心(NCT):它是AEA技術(shù)公司的一局部。其研究活動由工業(yè)界或政府資助,摩擦學研究主要有:空間摩擦學(真空環(huán)境下的高溫潤滑、低溫摩擦學),軸承(用聚合物軸承取代金屬軸承的新軸承設(shè)計研究),外表工程(富勒烯納米顆粒涂層的研究,新型固體潤滑涂層的開發(fā),低粘附界面的研究,聚合物的粘滑行為),微觀摩擦測量儀,輪軌摩擦學。(4)國家物理實驗室(NPL)材料中心。與摩擦學有關(guān)的工作涉及表征外表機械性能測量方法的開發(fā)與認證,包括摩擦學測試方法的開發(fā),以及外表工程和涂層材料機械性能的測量等。他們的主要研究活動是圍繞一項由英國貿(mào)易和工業(yè)部(CDI)與英國工業(yè)界聯(lián)合資助的3年研究方案。近期的研究工程包括:在與工業(yè)相應(yīng)條件下的材料與涂層的磨損,薄涂層特性的測量,硬材料的外表性能等。7.摩擦學工業(yè)應(yīng)用舉例應(yīng)該肯定,我國在摩擦學工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)取得了巨大成就。但由于摩擦學帶來的效益涉及國民經(jīng)濟的方方面面,要給出一個全面的統(tǒng)計數(shù)據(jù)卻不是一件容易的事情。這里僅列舉幾個例子進行說明。摩擦學在汽車行業(yè)發(fā)揮了非常重要的作用。近20年來,汽車潤滑劑更新了5代。1987年前我國汽油機油86.3%是SB級的[9],2005年我國轎車用潤滑油中SF及其以上等級的潤滑油已經(jīng)占據(jù)了81%[10]。這種變革使?jié)櫥偷目寡趸?、抗磨損性和抗腐蝕性有了很大提高,提高了汽車的壽命和可靠性,降低了維修本錢。在這20年中,多級潤滑油從無到有,至今已經(jīng)普遍取代了單級油。僅就潤滑油帶來的汽車節(jié)省燃料油一項,按我國2005年汽油消耗4076萬t,車用柴油消耗9274萬t,以現(xiàn)代潤滑劑比80年代的SB潤滑劑節(jié)能10%計算,每年可以節(jié)約燃料油1300萬t以上,節(jié)約資金在500億元以上。如果加上維修費用的降低和壽命提高帶來的效益,那么這個數(shù)字還要大得多?，F(xiàn)代潤滑油的更重要的作用是減少了汽車排放。如英國專家IanTailor所言:“事實上典型的現(xiàn)代交通工具的排放已經(jīng)降低到60年代產(chǎn)品的1/50”。其中潤滑技術(shù)的進步發(fā)揮了重要作用。在鐵路運輸行業(yè)中,1984年摩擦學調(diào)查時提出的第一個摩擦學節(jié)能措施就是在新造貨車上全部安裝滾動軸承,根據(jù)實驗數(shù)據(jù),滾動軸承比滑動軸承可減少根本運行阻力11%～22%,減少啟動阻力75%～80%[11]?，F(xiàn)代機車已經(jīng)普遍采用了滾動軸承,并且滾動軸承的阻力系數(shù)比當年也有了顯著下降。2006年全國鐵路完成貨物周轉(zhuǎn)量21714.73億噸公里,如果按2000年電力機車單耗129.8kW·h/萬噸公里的15%計算,約可節(jié)電42億kW·h。僅此一項就節(jié)約資金25億元以上。此外,隨著大功率機車的開展,機車質(zhì)量和輪軌摩擦副的摩擦成為決定列車牽引力的主要因素,以此為根底開展起來的動車組已經(jīng)成為鐵路提速的重要開展方向,其社會經(jīng)濟效益是相當巨大的。據(jù)冶金行業(yè)的調(diào)研,通過摩擦學的應(yīng)用,在冶金工業(yè)中設(shè)備修理費和備件消消耗有了顯著下降。我國2003年全國鋼鐵行業(yè)的噸鋼修理費為109.9元,1999年為125.94元,2003年噸鋼備件消耗為76.53元,而1999年為92.45元。按2003年全國鋼材產(chǎn)量2.41億t計算,僅此一項,2003年比1999年全國冶金工業(yè)在修理費和備件消耗方面就已經(jīng)節(jié)約了大約77億元的資金。在航天工業(yè)中,許多高新技術(shù)是難以依賴引進的,要解決這些問題就要靠我們自己的高技術(shù)成果。我國航天工業(yè)領(lǐng)域?qū)δΣ翆W的重視程度是比擬高的,在空間摩擦學領(lǐng)域已有40多年的積累,研究工作針對液體火箭、各類衛(wèi)星及“神舟”飛船等的潤滑材料與技術(shù)需求,解決了相關(guān)運載工具和空間飛行器的潤滑問題,為我國航天事業(yè)的開展做出了應(yīng)有的奉獻。從航空航天事故發(fā)生的概率分析來看,我國航空航天事故發(fā)生率顯著低于國際平均值,這里面也不乏摩擦學的重要奉獻。8對摩擦學在我國國民經(jīng)濟中的重要作用的幾點認識(1)摩擦學在國民經(jīng)濟中最能產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益的作用就是節(jié)能。在中國工程院的調(diào)查中,最重要的預期潛在經(jīng)濟效益就是汽車節(jié)油,它約占總效益的70%以上。其實在許多領(lǐng)域中應(yīng)用摩擦學都是可以節(jié)能的,如煤炭行業(yè)、冶金行業(yè)、建材行業(yè)、石油行業(yè)、機械制造業(yè)等行業(yè)都應(yīng)該有非常大的節(jié)能潛力。能源是國家推動循環(huán)經(jīng)濟和實現(xiàn)社會可持續(xù)開展要考慮的重要問題,隨著社會開展和能源價格的提高,這種效益將會變得更加突出。摩擦學科技工作者應(yīng)該盡最大努力去發(fā)揮和實現(xiàn)摩擦學的這種重要作用。(2)摩擦學在延長設(shè)備壽命、提高設(shè)備可靠性、減少事故停產(chǎn)等方面所發(fā)揮的社會效益是遠大于經(jīng)濟效益的。冶金行業(yè)中提供了1999—2003的5年間應(yīng)用摩擦學技術(shù)使維修費用降低的珍貴數(shù)據(jù),它說明我們的摩擦學應(yīng)用已經(jīng)于2003年為國家節(jié)約了近80億元的資金。其實在許多行業(yè)中我們都已經(jīng)發(fā)揮了這種作用,只是數(shù)據(jù)統(tǒng)計上有一定困難。此外,要獲得通過應(yīng)用摩擦學延長設(shè)備壽命、提高設(shè)備可靠性、減少事故停產(chǎn)等帶來的效益的數(shù)據(jù)會更加困難,但是,可以肯定延長設(shè)備壽命、提高可靠性以及減少設(shè)備故障給企業(yè)帶來的社會經(jīng)濟效益要遠比直接經(jīng)濟效益大得多。(3)關(guān)注環(huán)境,以人為本,摩擦學將在國民經(jīng)濟和社會開展中發(fā)揮更大作用?，F(xiàn)代潤滑技術(shù)已經(jīng)在控制汽車排放方面發(fā)揮了重要作用,摩擦材料的進步也為減小環(huán)境污染做出了重要奉獻,生物摩擦學已經(jīng)為許多疾病(心臟病、關(guān)節(jié)病、口腔疾病等)患者帶來了福音。隨著社會的進步以及人們對生存環(huán)境的關(guān)注,摩擦學在減少污染,改善環(huán)境,提高生活質(zhì)量方面的作用將會更加突出。此外,有效地掌握和控制摩擦,對于提高設(shè)備性能和可靠性,特別是對于平安生產(chǎn)和防止平安事故具有極其重要的社會經(jīng)濟效益。(4)摩擦學在推動科技進步、提升國家科技實力方面的作用是非常重要的。我國的早期摩擦學科學研究有很重要的一局部是中國科學院為解決“兩彈一星”發(fā)射中的關(guān)鍵技術(shù)問題而開展的,許多摩擦學科技工作者已經(jīng)為國防尖端科技做出了突出奉獻。在微納米領(lǐng)域中,摩擦學研究也已經(jīng)為推動磁盤拋光、芯片制造、微納米機械設(shè)計和制造等高新科學技術(shù)的開展發(fā)揮了重要作用。此外,摩擦學是一個充滿著高技術(shù)的專業(yè)學科,從宏觀宇宙的星際摩擦學到微觀世界的納米摩擦學,有許多前人未曾涉足的領(lǐng)域需要我們?nèi)ヌ剿骱脱芯??？萍紕?chuàng)新將是我們?nèi)w摩擦學科技人員面臨的重要挑戰(zhàn)。9.摩擦學面臨的挑戰(zhàn)在未來的10年,摩擦學研究面臨的挑戰(zhàn)將主要來自生態(tài)/環(huán)境,信息和生物3方面的技術(shù)開展和需求。未來環(huán)境和能源的需求將會提出越來越困難的摩擦學問題,常規(guī)的摩擦學考慮將會被排除在主要的設(shè)計和開發(fā)過程之外,而對再循環(huán)、輕量化和在摩擦學應(yīng)用中采用仿生的方法等技術(shù)的需求將會隨著設(shè)計的可持續(xù)性需求的增加而增長。我們將面臨多方面的挑戰(zhàn),如想取得重大的突破和進展,就必須克服開展跨學科研究和利用全球裝備的各種障礙。根據(jù)摩擦學本身的科學屬性和技術(shù)屬性,它不是帶頭的主體(主干)學科,然而卻是一種對許多學科不可缺少的、起支撐作用的根底性學科。它不是單一技術(shù),而是一種集成的共性技術(shù)。因此,它的開展必須與被支撐的各種學科與技術(shù)領(lǐng)域緊密結(jié)合,以充分發(fā)揮其支撐作用,同時還要善于通過跨學科的方式充分發(fā)揮其集成技術(shù)與共性技術(shù)的作用(例如,在機械裝備的全壽命過程運用集成技術(shù))。對于機械零件和發(fā)動機應(yīng)用這樣一些傳統(tǒng)的摩擦學領(lǐng)域,不斷增長的需求將對現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)生影響。今后要求機械零件和發(fā)動機在越來越高的負荷,轉(zhuǎn)速和溫度的條件下運行,這對材料的性能和潤滑技術(shù)是一個挑戰(zhàn),并要求開展先進的壽命預測和性能評價方法。美國國家標準和技術(shù)研究院(NIST)的徐明炯在摩擦學前沿國際研討會(