納米材料滑動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

1.微納米摩擦學(xué)

從微觀角度分析，通常摩擦界面的表面接觸發(fā)生在無(wú)數(shù)個(gè)微凸體上。因此，長(zhǎng)期以來(lái)人們都知道研究單個(gè)微凸體接觸對(duì)掌握接觸表面的摩擦學(xué)行為和力學(xué)行為的重要性?；谔结樀膾呙杷淼里@微鏡、原子力顯微鏡等微觀探測(cè)技術(shù)的進(jìn)步以及模擬探針表面接觸的計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，都為研究接觸表面特性提供了高分辨率的測(cè)量技術(shù)和修飾、操縱納米結(jié)構(gòu)的方法；從而促進(jìn)了微觀摩擦學(xué)、納米摩擦學(xué)、分子摩擦學(xué)、原子尺度摩擦學(xué)等一些新領(lǐng)域的發(fā)展，使人們能夠從原子、分子尺度到微米尺度上對(duì)滑動(dòng)表面的黏著、摩擦、磨損、薄膜潤(rùn)滑進(jìn)行試驗(yàn)研究和理論探索。

就宏觀摩擦學(xué)來(lái)說(shuō)，試驗(yàn)測(cè)試是在大質(zhì)量和重載條件下進(jìn)行的，此時(shí)不可避免產(chǎn)生磨損，因此摩擦配副材料的表觀性能對(duì)摩擦學(xué)性能具有決定性作用。而在微納米摩擦學(xué)中，配副中至少有一個(gè)部件的質(zhì)量很輕而且處于微小載荷狀態(tài)，此時(shí)的磨損可以忽略不計(jì)，而摩擦性能由表面特性決定。

2.特殊工況下的摩擦學(xué)研究

綜合過(guò)去幾個(gè)世紀(jì)特別是近幾十年各國(guó)科技人員的成果，常規(guī)工況下的摩擦、磨損和潤(rùn)滑機(jī)理的研究已從理論和試驗(yàn)兩方面進(jìn)行了大量的工作，大量的數(shù)據(jù)、規(guī)律性的結(jié)論和經(jīng)驗(yàn)公式正逐步被工程界接受和應(yīng)用，并產(chǎn)生了巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。盡管相關(guān)研究目前仍然在深入，但隨著技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)高技術(shù)裝備典型特殊工況下的摩擦、磨損和潤(rùn)滑問(wèn)題逐漸引起人們的重視，如強(qiáng)輻射、強(qiáng)氧化環(huán)境下的潤(rùn)滑與磨損問(wèn)題；高速、高溫、重載條件下的摩擦與潤(rùn)滑問(wèn)題以及多相介質(zhì)下的材料磨損問(wèn)題等。由于在超常工況下材料的摩擦學(xué)行為可能不同于常規(guī)工況下呈現(xiàn)的規(guī)律，因此，該領(lǐng)域的摩擦學(xué)研究不僅可大幅度地提高設(shè)備在特殊環(huán)境下的壽命和可靠性，而且可推動(dòng)新的摩擦學(xué)材料結(jié)構(gòu)、新的測(cè)試技術(shù)和新的表面技術(shù)的進(jìn)步。

3.生物/仿生摩擦學(xué)研究

仿生摩擦學(xué)最早源于人工關(guān)節(jié)和人工心臟在人體中的應(yīng)用而開(kāi)展，但隨著社會(huì)的進(jìn)步，它的研究重點(diǎn)已不再局限于基于機(jī)械運(yùn)動(dòng)仿生的摩擦學(xué)，而是擴(kuò)展到基于生物化學(xué)仿生的摩擦學(xué)，如自補(bǔ)償潤(rùn)滑膜、仿生涂層、仿生潤(rùn)滑技術(shù)和再生摩擦學(xué)材料等。由于仿生摩擦學(xué)的研究包括認(rèn)識(shí)和理解生物表面潤(rùn)濕、黏附、摩擦、潤(rùn)滑、磨損的生物物理機(jī)制，以及不同工作條件下的仿生原則的建立和仿生設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)等，因此，研究對(duì)象涉及生命科學(xué)、材料科學(xué)、力學(xué)和物理化學(xué)等交叉學(xué)科的融合，使摩擦學(xué)能在幾何、物理、材料和控制等角度借鑒生物體的生存經(jīng)驗(yàn)和進(jìn)化規(guī)律，研究、發(fā)展和提升工程摩擦副的性能。可以預(yù)計(jì)，隨著生物體的功能和生存奧秘逐步被人類(lèi)所認(rèn)識(shí)，仿生摩擦學(xué)將成為摩擦學(xué)最有生命力的研究領(lǐng)域之一。

4.環(huán)境友好摩擦學(xué)

環(huán)境友好摩擦學(xué)又叫綠色摩擦學(xué)，包括環(huán)境友好潤(rùn)滑劑、摩擦噪聲的減少、沒(méi)有環(huán)境污染的磨損和其他相關(guān)領(lǐng)域。油品在工業(yè)發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，既能滿(mǎn)足交通、農(nóng)業(yè)部門(mén)的需求，還能滿(mǎn)足人類(lèi)許多其他的基本需求。然而，隨著世界能源的需求日益增加，對(duì)石油產(chǎn)品的使用已經(jīng)過(guò)度。目前人們正在尋找石油的替代品。還有一個(gè)與石油產(chǎn)品相關(guān)的嚴(yán)重問(wèn)題是污染物排放量的增加。預(yù)計(jì)每年有5~10萬(wàn)噸的石油產(chǎn)品通過(guò)泄漏、工業(yè)和城市垃圾、煉油過(guò)程、船舶等途徑進(jìn)入到環(huán)境中。這將導(dǎo)致大氣中CO?、NO?、SO,和其他有害氣體的增加。這些污染的物質(zhì)會(huì)嚴(yán)重影響人的呼吸系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)，并產(chǎn)生大量的皮膚病。這些物質(zhì)也損壞了動(dòng)物的健康，并能影響到植物的生長(zhǎng)。酸雨正是由這些物質(zhì)中的氣體污染物引起。因此尋找石油的替代品非常有必要。而在工業(yè)中，潤(rùn)滑劑是導(dǎo)致這些嚴(yán)重問(wèn)題的因素之一。因?yàn)榇蠖鄶?shù)潤(rùn)滑劑都是含有各種添加劑的油品，它們會(huì)對(duì)環(huán)境造成負(fù)面效應(yīng)。并且礦物油通常具有較高的分解溫度，能保持很長(zhǎng)時(shí)間不被分解(如對(duì)水的污染長(zhǎng)達(dá)100年)。因此，環(huán)境友好摩擦學(xué)有關(guān)研究將給未來(lái)的工業(yè)和人們生活帶來(lái)很大的希望。