納米材料滑動摩擦磨損試驗機的發(fā)展趨勢

1.微納米摩擦學

從微觀角度分析，通常摩擦界面的表面接觸發(fā)生在無數(shù)個微凸體上。因此，長期以來人們都知道研究單個微凸體接觸對掌握接觸表面的摩擦學行為和力學行為的重要性。基于探針的掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡等微觀探測技術(shù)的進步以及模擬探針表面接觸的計算技術(shù)的發(fā)展，都為研究接觸表面特性提供了高分辨率的測量技術(shù)和修飾、操縱納米結(jié)構(gòu)的方法；從而促進了微觀摩擦學、納米摩擦學、分子摩擦學、原子尺度摩擦學等一些新領域的發(fā)展，使人們能夠從原子、分子尺度到微米尺度上對滑動表面的黏著、摩擦、磨損、薄膜潤滑進行試驗研究和理論探索。

就宏觀摩擦學來說，試驗測試是在大質(zhì)量和重載條件下進行的，此時不可避免產(chǎn)生磨損，因此摩擦配副材料的表觀性能對摩擦學性能具有決定性作用。而在微納米摩擦學中，配副中至少有一個部件的質(zhì)量很輕而且處于微小載荷狀態(tài)，此時的磨損可以忽略不計，而摩擦性能由表面特性決定。

2.特殊工況下的摩擦學研究

綜合過去幾個世紀特別是近幾十年各國科技人員的成果，常規(guī)工況下的摩擦、磨損和潤滑機理的研究已從理論和試驗兩方面進行了大量的工作，大量的數(shù)據(jù)、規(guī)律性的結(jié)論和經(jīng)驗公式正逐步被工程界接受和應用，并產(chǎn)生了巨大的社會和經(jīng)濟效益。盡管相關研究目前仍然在深入，但隨著技術(shù)的發(fā)展，針對高技術(shù)裝備典型特殊工況下的摩擦、磨損和潤滑問題逐漸引起人們的重視，如強輻射、強氧化環(huán)境下的潤滑與磨損問題；高速、高溫、重載條件下的摩擦與潤滑問題以及多相介質(zhì)下的材料磨損問題等。由于在超常工況下材料的摩擦學行為可能不同于常規(guī)工況下呈現(xiàn)的規(guī)律，因此，該領域的摩擦學研究不僅可大幅度地提高設備在特殊環(huán)境下的壽命和可靠性，而且可推動新的摩擦學材料結(jié)構(gòu)、新的測試技術(shù)和新的表面技術(shù)的進步。

3.生物/仿生摩擦學研究

仿生摩擦學最早源于人工關節(jié)和人工心臟在人體中的應用而開展，但隨著社會的進步，它的研究重點已不再局限于基于機械運動仿生的摩擦學，而是擴展到基于生物化學仿生的摩擦學，如自補償潤滑膜、仿生涂層、仿生潤滑技術(shù)和再生摩擦學材料等。由于仿生摩擦學的研究包括認識和理解生物表面潤濕、黏附、摩擦、潤滑、磨損的生物物理機制，以及不同工作條件下的仿生原則的建立和仿生設計的實現(xiàn)等，因此，研究對象涉及生命科學、材料科學、力學和物理化學等交叉學科的融合，使摩擦學能在幾何、物理、材料和控制等角度借鑒生物體的生存經(jīng)驗和進化規(guī)律，研究、發(fā)展和提升工程摩擦副的性能。可以預計，隨著生物體的功能和生存奧秘逐步被人類所認識，仿生摩擦學將成為摩擦學最有生命力的研究領域之一。

4.環(huán)境友好摩擦學

環(huán)境友好摩擦學又叫綠色摩擦學，包括環(huán)境友好潤滑劑、摩擦噪聲的減少、沒有環(huán)境污染的磨損和其他相關領域。油品在工業(yè)發(fā)展中起著至關重要的作用，既能滿足交通、農(nóng)業(yè)部門的需求，還能滿足人類許多其他的基本需求。然而，隨著世界能源的需求日益增加，對石油產(chǎn)品的使用已經(jīng)過度。目前人們正在尋找石油的替代品。還有一個與石油產(chǎn)品相關的嚴重問題是污染物排放量的增加。預計每年有5~10萬噸的石油產(chǎn)品通過泄漏、工業(yè)和城市垃圾、煉油過程、船舶等途徑進入到環(huán)境中。這將導致大氣中CO?、NO?、SO,和其他有害氣體的增加。這些污染的物質(zhì)會嚴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)也損壞了動物的健康，并能影響到植物的生長。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，潤滑劑是導致這些嚴重問題的因素之一。因為大多數(shù)潤滑劑都是含有各種添加劑的油品，它們會對環(huán)境造成負面效應。并且礦物油通常具有較高的分解溫度，能保持很長時間不被分解(如對水的污染長達100年)。因此，環(huán)境友好摩擦學有關研究將給未來的工業(yè)和人們生活帶來很大的希望。