表面接枝仿生聚合物刷的润滑性能研究进展EI北大核心CSCD

关节软骨表面刷状的水溶性生物大分子赋予了人体关节优异的润滑性能。受此启发,表面接枝仿生聚合物刷被广泛研究,已经成为改善材料表界面润滑性能的有效手段。然而,目前依旧缺乏关于仿生聚合物刷提高润滑性能研究进展的综述研究。先介绍物理吸附和化学键合两种接枝仿生聚合物刷的表面修饰方法,并比较它们在改善表界面润滑性能方面的优缺点。然后详细论述三种带有不同电荷的仿生聚合物刷(中性聚合物刷、聚阴/阳离子刷和聚两性离子刷)的结构及其对润滑性能的调控作用,探讨其摩擦界面的润滑机制,并总结在构建高润滑性能表界面方面的最新研究进展。最后展望仿生聚合物刷在生物界面润滑领域的未来发展趋势。相关讨论可以为开发具有优异润滑性能的新型仿生材料提供参考。     

纳米复合薄膜水润滑摩擦学性能的研究进展

评述了类金刚石基(DLC、a-C)、非晶氮化碳基(a-CNx)、过渡金属氮化物基(TiN、CrN)及其改性纳米复合薄膜的水润滑摩擦学性能,分析了微观结构、梯度结构、元素掺杂、对磨材料及摩擦参数对其水润滑摩擦磨损性能的影响,并揭示了水润滑中纳米复合薄膜存在的摩擦磨损机制,指出了三种纳米复合薄膜体系在水润滑中均可表现出优异的减摩抗磨特性,但与薄膜成分、层状结构、力学性能及对磨材料物理化学性能密切相关。一般而言,相比于过渡金属氮化物基薄膜,类金刚石基及非晶氮化碳基薄膜由于在水润滑中形成转移层和水合润滑层而呈现出更低的摩擦系数和磨损率。当选用的对磨材料易于发生摩擦水合反应时,形成的水合层起到的保护作用使得纳米复合薄膜均表现出了更低的磨损率。在保证薄膜未发生剥落而失效时,适当地加载载荷和滑移速度也是获得最优水润滑摩擦学性能的关键因素。为薄膜应用在水润滑器械作业提供了一定的参考,并展望了纳米复合薄膜水润滑摩擦学未来的研究方向。     

等离子体表面改性用于提高人工关节、椎间盘耐磨耐蚀性的研究进展

人工关节置换术和椎间盘置换术是目前治疗严重关节类疾病和椎间盘疾病的重要手段。人工关节和人工椎间盘在体内服役时,摩擦配副(关节头-关节臼、髓核-终板)需要往复运动数千万次,磨损产生的磨屑和腐蚀释放的有毒金属离子会导致关节假体松动、椎间盘假体下沉等临床并发症的发生。为了提高关节假体和椎间盘假体的耐磨损性能和耐腐蚀性能,研究者们采用等离子体表面改性技术在假体表面制备生物相容性好的陶瓷薄膜,希望显著延长关节和椎间盘假体寿命。文中综述了等离子体表面改性技术在提高人工关节、人工椎间盘耐磨损、耐腐蚀性能中的应用及存在的问题,总结了人工关节表面薄膜失效的主要机制,最后结合人工关节和人工椎间盘体内服役的特点,提出制备具有"体内磨损自修复功能"的薄膜来达到显著增加薄膜耐腐蚀、耐磨损性能的目的,从而延长活动金属植入假体在患者体内的服役寿命。当具有"体内磨损自修复功能"的薄膜改性假体在体内服役时,初始阶段的摩擦磨损会释放金属离子,从而促进生理介质中蛋白质等有机成分在磨痕表面沉积,在摩擦界面形成一层蛋白生物膜,这层蛋白生物膜在剪切力和金属离子催化作用下转变成为"类石墨碳润滑膜",能够对磨痕进行修复和润滑,增加假体的耐磨损特性。     

含MoS2镍基合金高温磨损机理

用粉末冶金方法制备了镍基复合材料,在销盘式高温磨损试验机上研究了其从室温到600℃的磨损行为,采用XRD和光学显微镜等对试样磨损表面和磨屑的形貌、成分和结构进行了分析,探讨了镍基复合材料的高温磨损机理.结果表明:在室温下由于摩擦过程中材料产生晶粒细化,材料具有一定的抗磨减摩性能;200℃时,摩损表面氧化变软,没有成膜润滑能力,摩擦学性能与室温相比,没有太大的变化,材料表现为轻微的粘着磨损和塑性变形;600℃高温摩擦时,承载表面及磨屑中的氧化物、钨酸盐及残余硫化物的高温软化或熔化的协同作用,在表面形成润滑膜,改善了材料的润滑性能,摩擦因数明显降低,材料的磨粒磨损和不断氧化导致磨损增加.     

特种润滑材料研究进展简述

虽然有些情况下使用气体润滑,但一般认为润滑材料主要包括液体和固体润滑材料。根据使用环境和润滑材料特性,润滑材料可以划分为许多类。特种润滑材料顾名思义是指具有比常规润滑材料更为优异特性的润滑材料。通过分子结构、体相结构设计和复合提升润滑特性一直是制备新型润滑材料的主要途径。对于液体润滑剂和有机分子薄膜,常常将新型分子结构设计和摩擦化学机理探讨结合在一起以发展润滑材料。比如,作为可能的新型润滑剂,离子液体的评价主要通过考察不同官能团和摩擦过程中发生的摩擦化学机制,以指导合成新型离子液体。有机薄膜的摩擦学特性强烈依赖于薄膜分子结构和构造结构。对于经典固体润滑材料,常考虑体相结构设计和复合方法提高或调整摩擦磨损特性。类富勒烯结构的出现赋予类金刚石薄膜更高的弹性和更低的摩擦系数,而金属掺杂能够降低内应力并在有些情况下改善薄膜环境敏感度。由于合成新型聚合物润滑材料比较困难,因此,共混和无机纳米颗粒的添加成为制备良好力学性能和耐磨损特性聚合物润滑材料所采取的方法。高温润滑材料,特别是从室温到高温（1000℃及以上）均具有良好润滑特性的润滑材料的发展依然是一个大的挑战。具有高温稳定性的稀土和陶瓷填充金属是目前设计制备高温润滑材料的主流方法。通过摩擦磨损特性的考察可以获得对润滑材料的表观判断,而基于磨损表面反应物质的分析对摩擦过程中发生在表面的摩擦物理化学机制的探究则是了解润滑材料服役特性和机制的主要手段,也是设计制备新型润滑材料依赖的主要思想来源。     

石墨烯/高密度聚乙烯在水润滑条件下的摩擦学性能研究

目的 探究石墨烯/高密度聚乙烯高分子材料在水润滑条件下的摩擦学性能,提高高密度聚乙烯的自润滑和耐磨损性能.方法 采用石墨烯纳米片填充高密度聚乙烯材料,利用RTEC摩擦磨损试验机,开展新型复合材料在水润滑条件下的摩擦学性能研究.通过分析新型复合材料的典型机械性能、摩擦系数、磨损形貌以及摩擦副接触表面的元素成分及分布情况,揭示石墨烯/高密度聚乙烯在水润滑条件下的摩擦磨损机理.结果 新型复合材料的拉伸强度、撕裂强度和肖氏硬度均随着石墨烯纳米片含量的增加而先增高后降低,1.5％石墨烯纳米片改性高密度聚乙烯表现出最高的强度,分别为19.81 MPa、31.34 MPa和92.6HSA.新型复合材料的平均摩擦系数和体积行程磨损率总体随着石墨烯含量的增加而减小,1.5％石墨烯纳米片改性的高密度聚乙烯平均摩擦系数和体积行程磨损率比纯高密度聚乙烯分别降低了53.6％和73.9％.Si3N4陶瓷球与1.5％、0.6％石墨烯纳米片改性高密度聚乙烯进行3600 s对磨试验,其磨损区域的碳元素质量分数分别约为3.5％和0.3％,表明含量较高的石墨烯纳米片有利于在微观界面形成石墨烯润滑层,从而降低摩擦系数.结论 石墨烯纳米片显著影响高密度聚乙烯的自润滑性能和耐磨损性能,适量的石墨烯纳米片促进了高密度聚乙烯磨损界面石墨烯润滑层的形成,降低摩擦系数和磨损量.该研究可为设计低摩擦、耐磨损的水润滑轴承复合材料提供参考.     

类金刚石薄膜在人工关节摩擦配副表面改性的应用

关节置换术是目前治疗关节疾病最直接、有效的手段,随着国民经济的增长,人工关节在我国的需求量不断增加。介绍了常见人工关节的类型及特点,以及目前用于提高人工关节摩擦副表面耐磨损性及耐腐蚀性的方法,通过比较发现,类金刚石（DLC）薄膜在提高人工关节耐磨损、耐腐蚀性能方面具有更好的应用前景。阐述了DLC薄膜结构、性能及其制备方法,并结合目前DLC薄膜在人工关节摩擦配副表面改性中应用所面临的主要问题,介绍了目前用于降低DLC薄膜内应力、增加DLC薄膜/基体结合力的方法。最后,针对 DLC 薄膜应用于人工关节摩擦配副表面改性中存在的缝隙腐蚀及结合失效问题,并结合人工关节体内服役环境特点,提出了利用金属离子催化人工关节摩擦配副表面吸附蛋白的变性、分解,形成致密生物薄膜,对DLC薄膜的磨痕和缺陷进行修复的思想,展望了新型DLC薄膜在人工关节表面改性中的应用前景。     

水润滑轴承研究进展

介绍了水润滑轴承的特点,列举了水润滑轴承用的金属、塑料、陶瓷、橡胶材料特点,分析了水润滑轴承的发展现状和摩擦学研究进展,对水润滑轴承用水代替油作为润滑介质、用非金属代替金属作为摩擦副材料的技术做了介绍。     

水润滑陶瓷滑动轴承研究综述

现行的滑动轴承多为油基滑动轴承,但是由于矿物油严重的污染问题,不符合工业界绿色制造的趋势.水作为一种资源丰富、低成本、无污染的润滑介质,可以和具有独特性能的陶瓷材料组成水润滑陶瓷滑动轴承,以独特的优势应用于工业界.对水润滑陶瓷滑动轴承研究情况进行总结,介绍水作为润滑剂的特性,分析当用作水润滑轴承时不同陶瓷材料的摩擦磨损特性,最后重点讨论水的改性、轴承润滑方式的选择、轴承设计方法、制造及试验等水润滑陶瓷滑动轴承关键技术.     

人工髋关节摩擦界面蛋白质吸附变性分解行为及类石墨碳润滑层形成的分子机制

人工关节置换术被认为是治疗晚期关节炎、关节功能丧失等关节类疾病最有效和最终的治疗方式。首先介绍了人工髋关节体内服役环境特点及关节摩擦界面生物蛋白膜与类石墨碳润滑层的形成,进一步论述了在模拟体内服役环境下,过渡族金属铜催化摩擦界面的蛋白质变性降解,促进生物蛋白膜向类石墨碳润滑层的转变,最后探讨了过渡族金属离子介导产生活性氧自由基(ROS)催化蛋白质吸附、变性、分解及生物蛋白膜、类石墨碳润滑层形成的分子机制,并对未来陶瓷人工关节材料的设计提出展望。     

织构化表面改性及其在生物材料上的应用

表面织构化(Surface texturing)改性是指根据材料属性选择合适的加工手段,在相对运动的摩擦副表面引入具备特定形状、尺寸、分布和排列的微观结构阵列,从而实现摩擦副摩擦学性能的调控。随着生物材料的迅速发展,生物界面的摩擦学问题是制约其服役安全与寿命的关键因素。表面改性(如合理的表面织构化设计)因强大的润滑优化功能,由此受到科研工作者的广泛关注。在生物材料服役寿命需求日益增加的背景下,首先分析和总结了典型生物材料产品——人工关节在人体服役过程中的失效原因,并将其分为了摩擦学和生物学问题,由此提出了通过表面织构化技术改进人工关节材料的耐磨性和增强其生物相容性,最终达到实现长寿命人工关节服役的目的。详细地论述了近年来表面织构在生物材料上的研究进展,分析了表面织构化参数,如形状、尺寸及排布等对摩擦学性能的影响,考察了不同织构对摩擦副在不同运动工况下承载力及耐磨性的影响,阐述了表面织构的减摩耐磨机理。最后讨论了表面织构对细胞接触引导生长的调控,如对细胞的粘附状态、形态、增殖和分化能力的影响,尽管利于细胞生长的尺寸小于润滑优化的尺寸,但通过多层次或复合设计可望实现生物相容性与摩擦学性能改善相兼具的目标。最后在现有人工关节材料表面改性的研究基础上,对延长人工关节服役寿命的研究方向、发展趋势和应用领域进行了展望。     

KH550修饰纳米莫来石对聚脲润滑脂摩擦学性能的影响

目的 研究硅烷偶联剂表面修饰纳米莫来石(Mullite)(Al2O3-SiO2体系)作为添加剂,对聚脲润滑脂摩擦学性能的影响。方法 用硅烷偶联剂(KH550)对纳米Mullite表面进行修饰,分别制备质量分数为0.03%的纳米Mullite和KH-mullite的聚脲润滑脂。采用四球摩擦试验机测试纳米Mullite和KH-mullite作为添加剂对聚脲润滑脂摩擦学性能的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)和三维表面形貌仪观察磨损表面形貌,通过X射线能量色散能谱仪(EDS)分析磨损表面的元素分布,使用X射线光电子能谱(XPS)分析磨损表面润滑膜的元素价态,探究添加剂在聚脲润滑脂中的作用机理。结果 经过修饰后,纳米KH-mullite在聚脲润滑脂中的减摩抗磨性能较优,摩擦因数和磨斑直径分别降低了22.4%、15.6%。通过SEM和三维表面轮廓仪观察磨损表面发现,KH-mullite添加剂能够有效降低磨损表面的粗糙度,修复磨损表面。KH-mullite聚脲润滑脂优良的摩擦学性能归功于两点,首先KH-mullite能够沉积并吸附在磨损表面,在起到修复作用的同时促进了润滑膜的形成;其次,KH-mullite能够进入润滑膜中,将摩擦副之间的摩擦方式变为滚动摩擦。结论 Mullite和KH-mullite都具有提升聚脲润滑脂润滑性能的作用,经硅烷偶联剂修饰后的KH-mullite在减摩抗磨性能方面表现更优越。     

含纳米金刚石润滑油减摩抗磨添加剂的摩擦学性能

研制了一种含纳米金刚石润滑油节能抗磨添加剂，对其摩擦学性能及机制进行了研究。结果表明：所研制的含纳米金刚石润滑油抗磨添加剂上有优异的摩擦学性能，摩擦表面存在含金刚石的表面膜。     

功能化石墨烯及石墨烯基纳米复合材料润滑添加剂的研究进展

在现代工业中,使用润滑材料降低摩擦磨损已成为提高机械元件耐久性和提高机械效率的重要手段.其中,润滑添加剂已被广泛证明能够进一步改善润滑介质的润滑性能,因此研究润滑添加剂的摩擦学表现是必要的.纳米材料作为润滑添加剂,能有效提高基础润滑介质的减摩、抗磨和极压性能,改善机械系统摩擦学性能,对节能减排和环保具有重要意义.石墨烯由于其独特的二维层状结构和优异的热力学、力学等性能,可作为润滑材料,已在摩擦学领域受到了广泛关注.近年来,大量石墨烯及其纳米复合材料作为润滑添加剂被研究和制备.在大量文献的基础上,详细综述了石墨烯及其衍生物、共价键及非共价键有机功能化石墨烯、石墨烯基纳米复合材料以及石墨烯复合其他二维层状纳米材料作为润滑添加剂的研究成果,分析了影响石墨烯分散稳定性与摩擦磨损性能的因素,着重讨论了不同功能化石墨烯及石墨烯基纳米复合材料作为润滑添加剂的减摩抗磨机理.最后,探讨了当前石墨烯及其纳米复合材料作为高性能润滑添加剂仍需要注意的问题和不足,并展望了其未来的研究趋势.     

羟基硅酸镁粉体表面改性及作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究

目的研究羟基硅酸镁粉体表面改性及作为润滑油添加剂的摩擦学性能,提高羟基硅酸镁粉体在设备磨损表面的成膜性能,减少磨损,延长使用寿命。方法采用同步热分析仪(SDT Q600),分析羟基硅酸镁粉体的相变过程。采用不同的表面改性剂对羟基硅酸镁进行改性,采用MG-2000型高速高温摩擦磨损试验机,研究不同添加量和热处理温度对羟基硅酸镁摩擦性能的影响。结果羟基硅酸镁在常温到500℃之间,脱失吸附水;500~800℃之间,脱去层间水和结构水,生成新的物相镁橄榄石;800~860℃之间,晶体结构发生重组;860~1100℃之间,发生镁橄榄石-顽辉石物相转变。经过油酸表面改性后,羟基硅酸镁粉体表面引入了有机长链,表面改性剂改性效果为:油酸>司盘80>硬脂酸>吐温80>KH270>KH560。粉体质量分数为10%时,短时间内易于达到磨损-自修复动态平衡,具有良好的抗磨减摩效果。经过200、400℃热处理的粉体具有较高的活性、分散性能和成膜性能。结论油酸能有效改善羟基硅酸镁粉体在润滑油中的分散性能,200、400℃热处理能有效提高羟基硅酸镁粉体在润滑油中的分散性能和摩擦过程中的成膜性能。     

缸套-活塞环织构化耦合机理及减摩性能研究

目的在工况恶劣的船舶柴油机中,运用表面织构技术提高缸套-活塞环的表面摩擦性能。方法选用实船上的两种缸套-活塞环材料M与W,加工成销盘样式,利用激光打标机在活塞环销上加工圆形凹坑织构,在缸套盘上加工沟槽织构。将未织构化缸套和活塞环与织构化缸套和活塞环互相配对,在RTEC多功能摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损试验。从摩擦系数、磨损量、磨损形貌、能谱等方面,进行光滑、单一织构与耦合织构减摩性能的对比分析。结果相比于未织构与单一织构化表面,两种材料的耦合织构均拥有最低的摩擦系数,其中M材料的减摩性能最高增强21.52%,W材料最高增强27.29%。耦合织构还拥有最低的磨损量,使M、W材料的抗磨损能力分别提高81.10%、36.14%。耦合织构能显著降低M、W材料磨损后的表面粗糙度,并提升其润滑油滞留能力。织构内部与接触面的Fe、C分布呈现区域性,在缸套表面磨痕处发现少量Cu元素。结论沟槽与凹坑织构的耦合作用能有效增强油膜的形成与稳定能力,沟槽与凹坑织构可储存磨屑,提升磨屑捕集效率,防止磨屑持续划伤表面。缸套材料中的Cu与耦合织构协同作用,吸附在表面磨痕处,形成软膜,提高承载能力,降低磨损与粗糙度。     

白云母 / CeO2 复合粉体的制备及其摩擦学性能研究

目的研究白云母/CeO2复合粉体在500SN基础油中的抗磨减摩性能和抗磨减摩机理。方法以白云母、硝酸铈、草酸为原料,通过球磨固相法制备不同配比的白云母/CeO2复合粉体,用油酸改性,采用XRD,SEM等对粉体的结构特征和表面形貌进行表征,并通过四球磨损实验考察不同油样的摩擦学性能。结果添加了白云母/CeO2和单一白云母的润滑油,摩擦学性能均比无添加的基础油优越。其中,添加了白云母/10%CeO2复合粉体的润滑油抗磨减摩性能最好,摩擦系数比基础油降低了10.7%,磨斑直径比基础油减少了24.4%。结论白云母/CeO2复合粉体有较好的抗磨减摩能力,对磨损表面有修复作用,合理配比的白云母/CeO2能有效提高基础油的抗磨减摩性能。     

表面织构润滑减摩的国内外研究现状及进展

表面织构是源自于自然界生物非光滑表面的微纳米结构,这些微观结构使得生物在进化过程中呈现出优异的自润滑和抗磨减摩性能.国内外研究也一致表明,表面织构是改善表界面摩擦学特性的一种有效手段,可使材料表面实现自润滑效果,并且能够减少摩擦磨损带来的机械设备提前失效和能源耗损.从表面织构的形态特征及其作用机制出发,对近年来表面织构在润滑减摩方面的国内外研究现状及进展进行调研分析.讨论了表面织构形状(规则织构、不规则织构等)、织构分布形式(全织构分布、部分织构分布等)、织构几何参数(深度、面积比、深径比等)、工况参数(载荷、速度等)等因素,对织构化表面润滑减摩性能的影响,同时总结了表面织构润滑减摩作用机制研究中面临的难题.提出未来应重点开展极端工况、混合润滑状态下多类型复合织构的润滑减摩作用机制,考虑动态磨损的表面粗糙度与织构协同作用润滑减摩规律和仿生微织构与涂层耦合作用下抗磨性能等方面的研究,从而进一步推动表面织构在润滑减摩领域的工程应用.     

碳量子点的摩擦学研究进展

机械设备的摩擦和磨损，造成了大量材料和能量消耗。碳量子点（Carbon Quantum Dots,CQDs）是一种新型零维纳米材料，具有独特的物化性质和良好的摩擦学性能，能够提高基础油的润滑性，延长机械设备的使用寿命，逐渐成为润滑领域中绿色、有前途的减摩抗磨材料。首先简要概述制备CQDs的至上而下和至下而上的两大类方法，然后着重介绍了CQDs作为润滑添加剂表面功能化、杂原子掺杂、纳米复合材料制备3种改善摩擦性能的策略，通过梳理CQDs基纳米材料作为减摩抗磨剂添加剂在摩擦学领域的应用实例，发现与其他纳米材料相比，CQDs具有超小的尺寸、表面官能团可调、分散性好、吸附稳定性好、毒性低、环境友好、易合成、成本低等优点，这些独特的性质造就了其优异的减摩抗磨性，证明了CQDs基纳米材料在摩擦学中拥有巨大的应用潜力。之后对CQDs作为润滑油添加剂的滚动轴承效应、形成润滑保护膜、填充修复效应和抛光效应4种润滑机制进行了总结和分析。最后概述了目前CQDs在摩擦学领域一些亟待解决的关键性问题，并展望了CQDs在未来摩擦学领域应用的发展趋势。CQDs在润滑领域的成功应用为具有更好减摩和抗磨性能的下一代碳纳...     

Study on Friction Reducing and Anti-wear of CaCO_3 Nanoparticles as Additives in Lubricating Oils

THE NANOMETER PARTICLES?100nm)aremetastable materials that lie between macroscopicalmaterials and atoms or molecules with thecharacteristics of little size effect,quantummeasurement effect,surface effect and macroscopicalquantum tunnel effect etc.,thus demonstrating somespecial properties.Recently,much attention has beenpaid to the application of nanometer particles due to itsspecial properties,such as low melting point,low bulkdensity and large specific surface area.For example,owing …