Nano-tribological study on a super-hydrophobic film formed on rough aluminium substrates

A novel super-hydrophobic stearic acid (STA) film with a water contact angle of 166^o was prepared by chemical adsorption on aluminum wafer coated with polyethyleneimine (PEI) film. The micro-tribological behavior of the super-hydrophobic STA monolayer was compared with that of the polished and PEI-coated Al surfaces. The effect of relative humidity on the adhesion and friction was investigated as well. It was found that the STA monolayer showed decreased friction, while the adhesive force was greatly decreased by increasing the surface roughness of the Al wafer to reduce the contact area between the atomic force microscope (AFM) tip and the sample surface to be tested. Thus the friction and adhesion of the Al wafer was effectively decreased by generating the STA monolayer, which indicated that it could be feasible and rational to prepare a surface with good adhesion resistance and lubricity by properly controlling the surface morphology and the chemical composition. Both the adhesion and friction decreased as the relative humidity was lowered from 65% to 10%, though the decrease extent became insignificant for the STA monolayer. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (50375151, 50323007, 10225209) and the Chinese Academy of Sciences (KJCX-SW-L2)     

功能化离子液体中Ag纳米微粒的制备及摩擦学性能研究

合成了1-甲基-3-羟乙基咪唑四氟硼酸盐离子液体([C₂OHmim]BF₄)，用红外光谱表征了其结构。以所合成的离子液体作为还原剂、稳定剂与反应介质制备了Ag纳米微粒，用XRD和TEM对微粒的结构和形貌进行了表征。在四球摩擦磨损实验机上研究了[C₂OHmim]BF₄离子液体及掺入Ag纳米微粒后的离子液体的摩擦学性能。掺入银纳米微粒后，离子液体在高载荷下的润滑性有了大幅的改善。用SEM和XPS分别对磨痕表面的形貌和元素组成、化学状态进行了分析，结果表明：在低、高载荷分别起润滑作用的是有机膜和金属-有机复合膜。     

有机混合稀土化合物与有机锡化合物作为润滑添加剂的协同效应

用四球摩擦磨损试验机考察了环烷酸混合稀土、环烷酸亚锡及它们的复配物添加在26#白油中的摩擦学性能, 并用俄歇尔电子能谱研究了磨斑表面边界膜的化学组成. 结果表明: 环烷酸亚锡和环烷酸稀土在抗磨性能和减摩性能方面均存在明显的协同效应, 其复配物具有比ZDDP更好的抗磨减摩性能, 有望作为新型的高效多功能润滑添加剂在工业实际中得到应用, 复配物在摩擦表面形成的含稀土元素和锡元素的边界润滑膜是其具有良好摩擦学性能的主要原因.     

有机小分子染料和聚阳离子分子超薄膜的制备及其摩擦学性能研究

制备了以有机小分子染料酸性红 1 8为阴离子、以聚烯丙基氯化铵和聚乙烯亚胺为聚阳离子的分子沉积膜 ,用紫外可见分光光度计、接触角测定仪和椭圆偏振光测厚仪对所制备的超薄膜进行了表征 .用DF PM型动 静摩擦系数精密测定装置考察了超薄膜的摩擦学性能 ,采用扫描电子显微镜对薄膜的磨痕表面进行了观察 .结果表明 ,所制备的超薄复合沉积膜具有良好的减摩和耐磨性能     

稀土纳米薄膜摩擦学性能研究

用自组装方法可以在单晶硅表面获得稀土纳米薄膜，得到的薄膜通过XPS，偏振光椭圆率测量仪、角接触仪、AFM等手段表征。通过滑动摩擦实验，可以测试稀土薄膜的界面粘附力。通过DF-PM型复复摩擦磨损试验机，考察稀土纳米薄膜的摩擦磨损特性。实验结果表明，稀土纳米薄膜具有低摩擦系数和高抗磨损特性。稀土纳米薄膜具有纳米级尺度、强界面结合力和低表面能，使其成为MEMS装置固体润滑的理想选择。     

退火温度对氧化铬薄膜结构和高温摩擦学性能的影响

采用电弧离子镀技术在GH-4169高温合金基体上沉积氧化铬薄膜，并对薄膜进行了不同温度的退火处理，系统研究了不同退火温度(500、600、700和800 ℃)对薄膜形貌、薄膜结构、薄膜力学性能及薄膜摩擦学性能的影响. 结果表明:随退火温度升高，薄膜表面缺陷减少，氧化铬晶化趋于完善，薄膜硬度下降. 高温摩擦学性能方面薄膜经500和600 ℃退火后，在环境温度从室温到800 ℃宽温域范围内摩擦系数较退火前均有所增加；经800 ℃退火后的薄膜在环境温度为400~600 ℃时的摩擦系数均明显下降，但室温摩擦系数明显升高，宽温域内摩擦系数波动较大；700 ℃退火后薄膜宽温域内摩擦系数在0.21~0.33之间，波动较小.      

烧结型NdFeB永磁体表面有机纳米复合膜的制备及性能

采用自组装分子膜技术在烧结型NdFeB永磁体表面制备了三嗪硫醇三乙基硅烷(TES)自组装分子膜(TES-SAMs), 在TES-SAMs的基础上利用自主开发的有机镀膜技术制备了具有含氟官能团的三嗪硫醇(ATP)有机纳米复合薄膜(TES-ATP). 通过X射线光电子能谱仪(XPS)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪、椭圆偏振光谱仪、原子力显微镜(AFM)和接触角测量仪对薄膜的表面状况进行评价, 使用UMT-2型摩擦磨损试验机研究TES-SAMs和TES-ATP的微摩擦学性能. 研究结果表明: TES-SAMs和TES-ATP的膜厚分别是5.08和29.78nm; 表面自由能从基体的73.13 mJ·m^-2下降到TES-SAMs的63.69 mJ·m^-2和TES-ATP复合膜的10.19 mJ·m^-2, 且TES-ATP复合膜对蒸馏水的接触角为123.5°, 成功实现了NdFeB表面由亲水到疏水的转换.TES-SAMs和TES-ATP均能有效降低摩擦系数, TES-SAMs的摩擦系数为0.22, TES-ATP的摩擦系数为0.12, 而基体的摩擦系数为0.71; 同时, TES-ATP还表现出良好的抗磨性能. TES-ATP复合膜为微机电系统中的摩擦磨损问题的解决提供了一种新思路.     

环境水氧对纳米氮化铝/聚四氟乙烯复合材料摩擦学性能的影响

采用超声分散法制备出纳米氮化铝/聚四氟乙烯(AlN/PTFE)复合材料,使用线性往复摩擦磨损试验机在大气和干燥氩气中对比测试了该复合材料摩擦学性能. 结果表明:大气环境下,纳米氮化铝质量分数为5%时可以将聚四氟乙烯磨损率降低4个数量级[1×10?7 mm3/(N·m)]. 而在同样摩擦测试条件的干燥氩气环境中,使用纳米氮化铝只能将聚四氟乙烯磨损率降低2个数量级[1×10?5 mm3/(N·m)]. 利用三维轮廓仪、扫描电镜、红外光谱仪和光电子能谱仪对金属对偶表面形成转移膜的形貌和化学成分进行分析. 研究发现:大气环境的摩擦过程中,聚四氟乙烯与环境水氧发生摩擦化学反应生成了富含羧酸盐的转移膜,显著提高了复合材料耐磨性能;干燥氩气中,水氧的缺失使复合材料无法在摩擦中生成富含羧酸盐的转移膜,影响材料耐磨性能的进一步提高.      

光固化3D打印与传统涂膜法制备聚酰亚胺的摩擦学性能比较研究

为研究光固化3D打印成形技术及其材料配方对光敏聚酰亚胺摩擦学性能的影响,分别采用光固化3D打印技术和传统涂膜成形对比评价了几种光敏型和热固型聚酰亚胺的摩擦学性能、热稳定性及机械性能等. 研究表明:为适应光固化3D打印成形需要而加入的活性稀释剂和交联剂对光敏聚酰亚胺的机械性能具有提升作用,但削弱了减摩抗磨和耐热性能;相较于涂膜成形的热固性聚酰亚胺,3D打印样品的耐热性能降低,摩擦系数升高了0.08,磨损率增加了9×10?6 mm3/(N·m). 尽管光固化3D打印聚酰亚胺的减摩抗磨性能低于热固成形聚酰亚胺,但基于光固化3D打印技术的一体成型、高精度和自由制造等诸多优势,对实现高性能及复杂结构精密润滑器件的一体化智能制造具有重要的工程意义.      

车轮多边形激励下高速列车制动界面摩擦学行为分析

高速列车车轮多边形磨耗是一种沿车轮周向的不均匀磨耗,是列车服役过程中常见的车轮失效现象,其产生的剧烈轮轨激励严重威胁车辆系统服役可靠性. 制动系统作为保障高速列车服役安全的核心部件,其界面摩擦学行为直接受到轮轨激励的影响. 为探究车轮多边形激励下的制动界面摩擦学行为,建立了刚柔耦合车辆动力学模型和制动系统热机耦合有限元模型,并分别通过线路试验和台架试验验证了模型的正确性. 然后,提出一种考虑车轮多边形激励的制动界面摩擦学行为分析方法,能够真实地反映服役过程中制动界面摩擦学行为. 基于此,研究了不同车辆运行速度下车轮多边形激励对制动系统动态接触、温度以及振动特性的影响规律. 结果表明:车轮多边形磨耗导致系统接触面积、摩擦热、接触应力和振动等摩擦学行为更为复杂且剧烈. 此外,系统接触面积标准差和振动加速度均方根值随速度的增加而增大. 因此,车轮多边形磨耗对制动界面摩擦学行为具有不可忽略的影响. 该研究成果可为制动系统界面摩擦学行为研究及结构优化设计提供有效方法与工程指导.