人工关节滑液的摩擦学性能及摩擦化学研究

采用小牛血清和0.9%NaCl生理盐水配制了关节滑液,在四球摩擦磨损试验机上考察了其摩擦学性能,并用X射线光电子能谱仪分析了磨斑表面膜的元素组成和化学状态.结果表明:生理盐水的减摩抗磨性能较差,而小牛血清具有优异的减摩抗磨性能;滑液的减摩抗磨性能随小牛血清体积分数增加而逐步提高;滑液具有优良减摩抗磨性能的原因在于,血清在摩擦过程中发生摩擦化学反应,生成由蛋白质吸附膜、CaCO3沉积膜以及FePO4化学反应膜等组成的边界润滑膜.     

滑液组分对人工关节摩擦学行为影响研究进展

随着社会老龄化和关节疾病年轻化趋向严重,关节疾病患者越来越多,人工关节置换术是治疗关节疾病的重要手段.由于磨损过程中产生的磨屑与骨组织发生作用,造成骨溶解,进而使假体因无菌性松动而失效.良好的润滑是减少人工关节摩擦磨损的重要原因,因此研究人工关节的润滑机理,减少其摩擦磨损,对于延长人工关节的使用寿命有极其重要的意义.人工关节主要依靠滑液润滑,滑液的主要成分有白蛋白、γ-球蛋白、透明质酸和脂质,进行关节置换术后滑液组分和浓度可能发生改变,进而影响人工关节的摩擦学行为.综述白蛋白、γ-球蛋白、透明质酸和脂质四种主要组分及其耦合作用对人工关节的摩擦学行为,为探究人工滑液提供一定理论依据,对延长人工关节的使用寿命具有重要意义.     

仿生猪笼草结构的水润滑轴承摩擦学性能有限元分析研究

水润滑轴承的轴瓦结构设计对其摩擦磨损和润滑性能有着重要影响. 为提升其摩擦学性能,设计一种轴瓦布置有仿生猪笼草结构的水润滑轴承,主要为蜡质区的月牙形结构和唇部的径向脊形结构两类. 利用ANSYS Fluent对简化后的轴承润滑水膜模型进行流场分析,改变不同转速、载荷和不同织构形状、尺寸,探究水膜承载能力和减摩性能的优化情况并进行机理分析. 结果表明:通过比较不同织构形状、尺寸下的轴承水膜最大压力与摩擦系数,发现型号CC1006的月牙形织构和型号DR0102的径向脊形织构的水膜承载能力和减摩性能综合优化最佳. 通过改变不同载荷,发现轴瓦布置有仿生猪笼草结构的水润滑轴承更适合应用于中速中载的条件下,此时其拥有优异的水膜承载能力与减摩性能. 该研究为仿生表面结构的水润滑轴承设计及摩擦学性能提升等提供了分析方法和理论依据.      

不同润滑状态下表面润湿性的摩擦学特性研究

本文中以锡青铜为基底,采用纳秒紫外激光制备了具有微观粗糙结构的超疏水表面和亲水表面,利用扫描电子显微镜和接触角测量仪对所制备的微观结构和表面润湿性进行了表征,并通过XPS测试对所制备的样片表面润湿性转变的机理进行了分析,通过UMT-2型摩擦磨损试验机测试了在边界润滑及流体动压润滑状态下的摩擦系数,研究表面润湿性对摩擦学特性的影响.研究结果表明:材料表面润湿性在不同润滑状态下对摩擦学特性有显著的影响;在边界润滑状态下,亲水表面的摩擦学特性优于疏水表面,平均摩擦系数相对减少6.79%;在流体动压润滑状态下,疏水表面的摩擦学特性优于亲水表面,摩擦系数相对减少了10%.     

基于仿生人工关节的评价装置及磨损试验研究

基于仿生人工关节结构,利用连杆机构模拟关节弯曲/拉伸运动方式建立了仿生人工关节评价装置,同时对以小牛血清作为润滑介质的氧化锆-超高分子量聚乙烯(ZrO-UHMWPE)人工关节配副进行磨损性能测试.结果表明:所建立的装置不仅可以加速考察人工关节配副的磨损特性,还能够加速评价仿生关节囊的动态疲劳性能,同时实现转速、载荷以及运动角度等参数可调并具有较强可操作性; UHMWPE的磨损量与运动周期近似呈线性关系,UHMWPE的体积磨损率相对稳定,约为70～80 mm3/106周期,且具有较好的重复性与可靠性.     

仿生人工软骨材料的摩擦磨损性能及润滑机理研究

采用原位复合法制备聚乙烯醇水凝胶(PVA-H),采用模板-滤取法制备多孔超高分手量聚乙烯(UHMWPE)材料,对比研究了这2种材料在相同条件下的摩擦磨损性能,通过改变试验转速和载荷获得Stribeck曲线,并对其润滑机理进行分析.结果表明:干摩擦条件下,多孔UHMWPE和PVA-H的摩擦系数和磨损量均较大;在水润滑和牛血清润滑条件下,二者的摩擦磨损性能均得以改善,且PVA-H具有更低的磨损量.Stribeck曲线分析表明:仿生UHMWPE具有的多孔结构使得在其一定的区域内可以形成混合润滑区域;PVA-H具有更好的亲水性能和多孔结构,对应的Stribeck曲线谷底较宽,能够形成较宽的混合润滑区域和流体润滑区域,从而降低了接触区域的磨损量.     

稀土元素的摩擦学研究发展概况

本文对稀土元素的摩擦学研究发展概况作了综述与讨论,主要涉及的是稀土金属及稀土无机化合物和稀土配合物作为润滑油、脂及润滑涂层的添加剂的摩擦学特性,并对稀土无机化合物的高温润滑特性、稀土金属及其化合物在高温涂层中的应用作了简要讨论,最后还提出了稀土的摩擦学研究中当前值得注意的几个重要课题。     

C60的摩擦学特性研究

采用四球摩擦磨损试验机考察了Ｃ６０添加剂对液体石蜡的抗磨和极压性能的影响,并与２种国外的商用润滑油添加剂进行了极压性能对比研究,发现Ｃ６０在较高速度范围内具有一定的极压与润滑作用,其经过适宜的改性处理可望成为优良的润滑油添加剂。     

氟代二酮的摩擦学特性及抗磨机理研究

采用Optimal SRV型微动摩擦磨损试验机评价了氟代二酮作为润滑油及其添加剂的摩擦学性能，并通过钢盘磨损表面的X射线光电子能谱和扫描电子显微镜分析探讨了氟代二酮的减摩抗磨作用机理．结果表明，氟代二酮的摩擦学性能受其化学结构和试验载荷的影响；烷基芳基二酮的抗磨效果最好；摩擦过程中氟代二酮在摩擦副表面发生了摩擦化学反应，形成了由化学反应膜和吸附膜构成的边界润滑膜，从而起到减摩抗磨作用．     

水润滑环境下聚合物PLL-g-PEG的宏观摩擦学性能的研究

将聚(L-赖氨酸)-g-聚(乙二醇)(以下简称PLL-g-PEG)溶解在HEPES水溶液中时,通过球-3板式摩擦试验机研究了添加聚合物PLL-g-PEG对摩擦磨损性能的影响;利用光干涉法在球-盘式纳米薄膜测量装置上初步研究了水基润滑环境下PLL-g-PEG对成膜特性的影响. 结果表明:PLL-g-PEG可降低摩擦并减小磨损,主要归因于表面接枝PLL-g-PEG后形成的一层“刷”状的水化层(Hydration)起到了良好润滑作用,且摩擦性能的改善程度主要受接触应力、卷吸速度和摩擦表面基底材料的影响. 试验过程中发现了水基润滑条件下,PLL-g-PEG聚合物刷在摩擦过程中不断遭到破坏,与此同时又快速吸附到摩擦表面上而进行“自我治愈”的行为,故而有效改善了润滑效果. 光干涉的测量结果表明:添加PLL-g-PEG后,在接枝聚合物刷的球和玻璃盘的接触面间形成了一层由聚合物刷促成的且具有一定承载能力的水化层,这层水膜保护层虽然非常薄,却可以在卷吸速度为1~64 mm/s时有效分离上下接触面从而达到良好的润滑效果. 该研究工作将为深入理解水基润滑的成膜特性及机理提供必要的支持.      

用人工神经网络计算机技术进行金刚石工具的摩擦学设计

在分析讨论了金刚石工具的摩擦学性能及其磨损机理之后，采用人工神经网络计算机技术编制了金刚石工具磨擦学设计的计算机程序，并且依据这种程序设计制造了一组铣磨轮，进而将其装机作了大理石材的磨削加工现场应用考察，结果表明，通过本程序设计可以使铣磨轮的平均消耗数减少１１％，磨削数率提高２８％，这是在采用人工神经网络计算机程序进行设计时，将实际工作数据作为神经元程序的学习和检查样本，它充分引入了现场使用状况对     

热氧化改性TC4合金在液体润滑条件下的摩擦学行为研究

应用热氧化表面处理技术,在TC4表面制备了金红石型的TiO_2氧化膜.考察了热氧化改性TC4合金分别在去离子水和PAO10润滑条件下的摩擦学特性,并通过磨损表面分析讨论了其在不同条件下的减摩抗磨机理.结果表明:经过热氧化改性的TC4合金,无论在PAO10润滑条件还是去离子水润滑条件下,都表现出优异的摩擦学性能.相较于未处理的TC4表面,改性TC4合金在PAO10和去离子水润滑条件下磨损率分别下降了99%(50 N,5 cm/s)和98%(10 N,9 cm/s).     

聚氨酯丝与PET丝摩擦磨损性能的试验研究

在自制多功能粘着摩擦磨损性能试验台上进行仿壁虎刚毛用聚氨酯和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)2种丝材的摩擦性能对比试验,在不同正压力下悬臂梁带动上试样丝以45°夹角相对下试样丝滑动,安装在悬臂梁上的二维传感器同时将正压力和摩擦力电信号输送计算机进行处理,计算得到摩擦系数平均值.结果表明:当法向压力处于0.5～2.0 mN范围内时,聚氨酯丝的平均摩擦系数为4.22;当法向压力在0.2～1.0 mN范围内时,PET丝的平均摩擦系数为0.29,前者为后者的14倍.高表面能引起的粘着为聚氨酯摩擦系数较高的主要原因.试验结果为仿壁虎机器人脚掌刚毛材料的选择与制备提供了依据.     

空间机械的摩擦学设计探讨

本文对空间机械的摩擦学设计进行了探讨,指出要确保空间机械工作的可靠性,就应当根据摩擦学知识在进行空间机械摩擦副结构、强度及动力学设计的同时,合理地选择润滑方式和润滑材料。作者认为,系统地积累空间摩擦学基础知识和各类润滑材科的基本性能数据,以及建立材科的基本性能与实际应用性能之间的数学关系式,都是进行空间机械摩擦学设计所需要具备的条件,并且提出应当根据摩擦副的使用环境和操作条件选择润滑方式利润滑材料,以及根据润滑材科的性能确定摩擦副的结构、强度和动力学设计的摩擦学设计之方法与步骤。 作者在举例说明对空间机械进行摩擦学设计的重要性后强调指出,为了提高我国空间机械的设计水平,应当加强研究部门与设计部门的密切合作,加速建立以材料之基本性能为基础的摩擦学数据库,并逐步建立空间机械摩擦学设计方面的专家系统。     

含纳米银有机流体的制备及其摩擦学性能研究

采用溶剂萃取法将银离子转移到有机相并直接还原，制备了稳定的含纳米银有机流体；采用傅立叶红外光谱仪和透射电子显微镜等表征了有机流体中的纳米银微粒；采用MMW-1型立式摩擦磨损试验机考察了含纳米银液体石蜡的摩擦学性能．结果表明，萃取剂对纳米银微粒具有良好的表面修饰作用；纳米银微粒可以有效地改善液体石蜡的减摩抗磨性能；纳米银质量分数为0．1％的液体石蜡的减摩性能最佳；所采用的制备方法工艺简单，可望用于含纳米微粒的有机流体和润滑油的规模化制备。     

内燃机摩擦学综合设计决策研究

以内燃机低摩擦功耗设计为目的，以满足各项摩擦学性能指标为约束，提出并建立了基于基因模型的混合进化设计方法，构建了适合领域特点的专家修正算子和屏蔽算子，并进一步拓展出分层基因模型及相应的协同进化算法，建立了参数协调机制．结果表明，利用该模型和方法可在设计空间中获得优选方案的种群，从而为设计决策提供依据，相关研究结果在内燃机活塞子系统以及内燃机整体设计的设计决策中得到了成功应用．     

锡青铜基自润滑材料的摩擦学特性研究

采用粉末冶金自由烧结工艺制备出锡青铜基自润滑复合材料,对该类复合材料的力学性能与摩擦磨损特性进行了研究,从固体润滑剂角度就其室温与450℃自润滑机理进行了分析与探讨。研究结果表明,该类材料在室温至450℃温度范围内具有良好的机械性能与磨擦磨损特性。XRD分析结果显示：在室温下磨损表面形成的含石墨、Pb和SnO2的复合膜是其具有润滑性能的主要原因;在高温下则由石墨、Pb2O3和CuO组成的复合膜起主要润滑作用。     

人牙釉质在人工唾液润滑下与不同偶件对摩时的摩擦学性能研究

在往复滑动摩擦磨损试验台上对比考察了人牙釉质自配副及其同钛合金和纯钛配副时的摩擦学性能.结果表明:牙釉质/牙釉质的稳态摩擦系数约为1.00,其磨损表面釉柱清晰可见,磨损机制表现为剥落和轻微犁削并存;牙釉质/钛合金的稳态摩擦系数约为0.92,磨损表面既有犁沟又有剥落,可以看到轮廓分明的釉柱;牙釉质/纯钛的稳态摩擦系数约为0.87,磨损表面存在纯钛转移膜.从摩擦系数的变化趋势、稳态摩擦系数的大小、磨损表面形貌和磨痕深度等角度来看,牙釉质/钛合金与牙釉质/牙釉质的摩擦磨损行为较为相似.     

PG-2齿轮油复合剂的摩擦学性能研究

研制了同商用齿轮油添加剂Hitec343具有相似结构和组成的PG-2复合剂;通过热重分析考察了所研制的PG-2复合剂的热稳定性能;利用红外光谱分析考察了其化学结构特征;采用四球摩擦磨损试验机考察了其极压抗磨性能,并采用扫描电子显微镜分析了钢球磨损表面形貌.结果表明,所研制的PG-2复合剂具有优良的极压抗磨性能、防锈性能、防腐蚀性能及热稳定性,其总体性能同国外同类复合剂产品相当,而极压性能优于国外同类复合剂.