摩擦学方面的应用

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1、互相接触并作相对运动的物体之间会发生摩擦。摩擦普遍存在于人类的日常生活和生产活动中。摩擦虽然是人们走路、行车等必不可少的，但是，也因为有摩擦，使相当一部分能量，不能转化为有用的功而被消耗。摩擦引起的磨损，使劳动工具、机器零件受到损伤。这些都是人们要克服的。为减少摩擦阻力和降低磨损，人们作了很大的努力。从埃及搬运巨型石像的浮雕，及我国公元前1000多年史书上记载的车轴润滑措施，到十八世纪，阿芒顿、库伦等人研究了这种客观存在的摩擦现象，十九世纪雷诺发表了流体动压润滑理论，直到现在，对于摩擦磨损和润滑问题的研究一直没有停止过。进入二十世纪下半叶，工业化已向大型、高速、重载的方向发展，对机器的精度、寿

2、命、效率和可靠性提出了更高的要求，要解决降低摩擦减少磨损的问题，已经不是简单地加些润滑油就行的，而是需要结合表面化学、表面物理、机械工程学、冶金学、材料科学等方面的知识，对摩擦磨损问题进行更深入的研究。因为摩擦表面的磨损不仅与摩擦副所处的工况条件（载荷、接触形式、相对运动速度、环境条件）有关，还与零件材料、加工工艺、表面处理工艺以及与润滑材料和润滑剂的相互作用有关。因此，在研究摩擦、磨损和润滑问题的过程中，将数学、化学、物理、冶金学、材料学等学科互相渗透，从而形成了一门新的独立的学科摩擦学（Tribology）。摩擦学是研究作相对运动的相互作用（指力的传递和材料学与物理、化学的相互作用）表面的

3、理论和实践的科学技术。也就是研究相对运动的两表面间的摩擦、磨损和润滑的一门科学技术。摩擦学的研究对象主要包括：表面几何性质；表面物理、化学和力学性能；摩擦的基本理论；减摩材料和摩阻材料的性能；各种磨损类型及有效控制因素；耐磨材料和表面改性；流体膜（动压和静压）和非流体膜（边界膜和固体膜）的润滑原理；润滑剂和添加剂的性能、配方和应用；承载表面的工程设计（如滑动轴承、滚动轴承、机床导轨、齿轮、活塞环等）；摩擦元件的状态监测和寿命估定；摩擦学系统的环境工程学等。摩擦学与国民经济的关系摩擦学研究是关系国民经济发展的重要学科之一。摩擦学研究可以产生巨大的经济效益。据估计，世界上的能源，除作有用功之外，几

4、乎全部都消耗在摩擦过程中。如一台电动机，当输入功率为1千瓦，其输出功率仅0.8千瓦左右，即电动机本身运转过程中的摩擦消耗约占20。所以，如果能减小摩擦，就可以直接减少能源的消耗。据一些国家的统计，机器零件中约有6080是由于磨损而失效的。如能减缓磨损，则可以节省大量的原材料和劳动力。当前石油产品中，用于润滑的油品占相当大的比例，除了正确使用以外，还有因密封不良而造成的漏油等情况，使油料损失可观。通过摩擦学研究，改善润滑与密封技术，可减少这些无谓的损耗。由于一些容器的密封元件发生磨损，常会造成有毒物质的泄漏而污染环境。航天器的燃料舱如密封不严，则可造成不可估量的损失。还有一些传统的密封及摩擦材料

5、曾采用石棉纤维等有害物质危害人们的健康。1966年，英国的乔斯特（H.P.Jost）博士发表的报告中指出：只要运用现有的摩擦学知识就可以使英国每年节约5亿英镑。随着摩擦学知识的不断发展，这个数字无疑将大大增加。据联邦德国研究与技术部的一个委员会，在当时（二十世纪六十年代）估计，摩擦磨损使国民经济每年损失约100亿马克。日本广泛应用摩擦学知识而节约的材料和能源, 大约相当于全年国民经济总产值的1。很多发达国家已经开始重视了摩擦学方面的研究。如英国建立了摩擦学中心，很多大学将摩擦学引入教学计划，并设置了攻读硕士学位的摩擦学研究课程。德国、美国日本的一些大学也相继开设了摩擦学方面的课程。我国的一些大

6、学和研究所，也在80年代开始培养摩擦学方面的硕士研究生。并且有4位摩擦学领域的专家被选为中国科学院和中国工程院院士。可见我国对摩擦学研究的重视。我所自80年代以来逐步建立了摩擦学硕士点、博士点及博士后工作站，培养了数十名有关润滑及摩擦化学方面的硕士和博士，并已在各自的岗位上发挥着作用。摩擦学的研究与发展随着国民经济发展的需要，摩擦学研究也得到了明显的发展。首先是摩擦理论的研究，由宏观向微观、由定性到定量、由单一的机械学研究方法到多学科互相渗透的研究方法，逐步深入地揭示了物体间摩擦的本质，建立起摩擦的基本理论。从这些理论分析中找出控制摩擦的方法。在磨损机理方面，也提出了很多理论。同时认识到实践中

7、起作用的往往是多种磨损机理的联合作用。必须根据多种机理综合考虑选择材料，选定结构参数，并能对磨损及使用寿命作出预估，即开始了摩擦学设计的研究。流体动压理论方面，在雷诺之后又有了新的进展。随着电子计算机的发展，可对雷诺方程中的假定进行修正，计算出温度压力变化对润滑作用的影响，非牛顿液体的影响，湍流的影响等。使计算更加精确，更加接近实际。使设计的摩擦部件运转精度和承载能力有明显的提高。弹性流体动压润滑理论的研究，使接触面积小，、接触应力高的摩擦部件能建立起良好的油膜润滑得到理论上的证实，并建立了计算方程，可根据摩擦副的几何形状及润滑剂的参数，计算出接触面间的最小油膜厚度。理想的润滑状态是有效地隔开

8、相互接触的表面。随着边界润滑理论的不断发展，润滑剂（材料）也有了明显的发展。如润滑油添加剂的研究就是主动发挥边界膜润滑作用的结果。固体润滑的研究更是使航天、高温等特殊环境中工作的摩擦副得到了可靠的润滑。同时也拓宽了选材的范围。新型的等离子技术（如物理气相沉积、离子注入、等离子喷涂等）的发展和在表面处理工艺上的应用，使传统的金属材料获得更好的表面性能，大大改善了材料的减摩和抗磨能力。摩擦学还是一门技术科学，要用实验来进行研究。由于先进测试装备的发展（包括各种类型的摩擦磨损试验设备和各种大型分析仪器）及其在摩擦领域中的应用，使人们能更清楚、准确地了解摩擦面上发生的各种变化，并找出其变化的原因，从而使摩擦学的研究由宏观到微观，并逐步向分子水平发展。我们作为润滑学科的未来者，首先应了解前人已做过的工作，利用现有的条件，总结和发展摩擦磨损和润滑理论，并在实践中作出贡献。