摩擦学研究的发展概况与趋势
摩擦学
摩擦学研究及发展趋势摘要本文主要介绍了摩擦学的发展历程以及发展趋势，说明了发展摩擦学的重要性，并结合我国实际情况，简要论述了我国摩擦学的发展之路。
关键词：摩擦学发展历程及趋势发展之路一概述摩擦学是科学和工程学中最重要的领域之一,因为它既具有提高产品的可靠性、延长其使用寿命及节约材料和能源的意义,又是当今最活跃的交叉科学领域之一。
它涉及流体力学、固体力学、化学、物理、材料科学、数学和机械工程学等学科,它的发展经历了以下几个阶段：古典摩擦定律,“凸凹(或机械)说”与“分子(或分子粘附)说”两个学派的争论。
分子一机械说”。
二摩擦学研究的方法2.1 主要方法20世纪80年代以来摩擦学设计受到广泛的重视,但所有讨论都集中在摩擦副的设计上,而摩擦学设计所拥有的系统依赖性、时问依赖性和多学科、跨学科特性决定了摩擦学问题的研究难度。
主要采用的摩擦学设计方法有:（1）磨料磨损计算方程、粘着磨损计算方程、胶合计算方程（2）IBM的零磨损、可测磨损的计算方法;（3）组合磨损计算方法;（4）以数值解为基础,考虑热效应的热弹流、考虑动态效应的非稳态流、考虑润滑剂非牛顿性的流变弹流以及分析粗糙表面的微观弹流等润滑理论与方法;（5）将各种实际因素全部纳入分析的普适性最高的润滑方程;( 6 )现代通信技术、计算机技术和信息技术的发展为摩擦学设计建立知识资源库提供新的思路,现代制造、敏捷制造、CIMS和计算机支持协同工作等新技术为摩擦学设计的知识资源库提供了可资利用的基础。
2.2中国摩擦学数据库主要有摩阻材料、固定磨粒磨料磨损、松散磨粒磨料磨损、静摩擦系数、边界往复润滑条件下的摩擦磨损、咬死极限、滑动轴承疲劳磨损、国产润滑油高温高压下的粘压一一粘温试验、减摩耐磨表面强化摩擦磨损、润滑脂、流体动力轴承刚度和阻尼系数等。
当前在建设知识资源库中所要解决的主要问题是:（1）建立原有知识与数据资源的查询利用模块,有效收集、存取、设计有关信息;（2）新知识和新数据的存储与旧知识和旧数据的更新模块。
摩擦学的现状与前沿
摩擦学的现状与前沿——机自09-8班姚安 03091131摩擦学作为一门实践性很强的技术基础科学，它的形成和发展与社会生产要求和科学技术的进步密切相关。
它作为一门独立的学科受到世界各国普遍重视，摩擦学理论与应用研究进入了一个新的时期。
1 研究现状与发展趋势现代摩擦学研究的主要特征可以归纳为：(1)在以往分学科研究的基础上，形成了一支掌握机械、材料和化学等相关知识的专业研究队伍，有利于对摩擦学现象进行多学科综合研究，推动了摩擦学机理研究的深入发展。
(2)由于摩擦学专业教育的发展和知识普及，以及摩擦学本身具有的实践性很强的特点，当今工业界有大量的工程科技人员结合工程实际开展研究，促使摩擦学应用研究取得巨大的经济效益。
(3)随着理论与应用的不断完善，摩擦学研究模式开始从以分析摩擦学现象为主逐步向着分析与控制相结合，甚至以控制性能为目标的研究模式发展。
此外，摩擦学研究工作从以往的主要面向设备维修和改造逐步进入机械产品的创新设计领域。
（4）交叉学科的发展。
摩擦学作为一门技术基础学科往往与其他学科相互交叉渗透从而形成新的研究领域，这是摩擦学发展的显著特点。
主要的交叉学科如下:摩擦化学、生物摩擦学、生态摩擦学及微机械学等。
当今，相关科学技术特别是计算机科学、材料科学和纳米科技的发展对摩擦学研究起着重要的推动作用，主要表现在以下方面。
1.1 流体润滑理论以数值解为基础的弹性流体动力润滑(简称弹流润滑)理论的建立是润滑理论的重大发展。
现代计算机科学和数值分析技术的迅猛发展，对于许多复杂的摩擦学现象都可能进行精确的定量计算目前薄膜润滑研究尚处于起步阶段，在理论和应用上都将成为今后润滑研究的新领域。
1.2 材料磨损与表面处理技术现代材料磨损研究的领域已从以金属材料为主体扩展到非金属材料包括陶瓷、聚合物及复合材料的研究。
表面处理技术或称表面改性是近20年来摩擦学研究中发展最为迅速的领域之一。
它利用各种物理、化学或机械的方法使材料表面层获得特殊的成分、组织结构和性能，以适应综合性能的要求。
摩擦学12
第一节 摩擦学的发展现状
为了适应现代经济和科学技术以及社会发展的需要,近10多年来,摩擦学 的研究在不断地深化和扩展，主要表现在以下几方面。
一、摩擦、磨损和润滑仍是当今摩擦学研究的主题,但更注重其工业应用
1.摩擦与磨损 近年来,已经采用原子力显微镜(AFM)和摩擦力显微镜(FFM)等先进的仪
艺技术和方法正在或已经渗透到摩擦学研究领域,形成交叉发展,相 互促进,甚至形成新的学科生长点,其中最突出的就是表面工程。
应用表面涂层技术,尤其是应用物理气相沉积(PVD)、化学气相 沉积(CVD)和离子注入技术都已获得明显的减摩和耐磨效果。极薄
的 Ti N ,Ti和AlN 等Ti涂BN层均已应用于金属切削工具和大型挖掘
1998,3:66~68 3 杨德华,薛群基,张绪寿.磨损图研究的发展现状与趋势,摩擦学学报,
1995,lS(3):281~288 4 曹占义,张有,孙大仁,刘勇兵.磨损图研究的方法与进展.摩攘学学
报,1997,17(2):185~192 5 雒建武,温诗铸.薄膜润滑进展与问题.摩擦学进展,1999,4(3/4):9~20 6 聂时春,张酮伟,王洪波,高芒来.原子力显微镜在纳米摩擦学中应用的进展.
学处理和等离子喷涂技术。近年来,更重视复合表面技术的开发,如 复合陶瓷涂层—渗氮钢体系和复合DLC涂层氧扩散处理钛体系等新 技术。
此外,在涂层的摩擦、磨损和润滑机理方面的研究也取得了一 些进展,如模拟涂层中具有微观滑动的摩擦接触状态,用分子动力学 模拟方法研究沉积DLC涂层的摩擦学特性。
三、摩擦学新领域的研究呈上升势头
器设备,观测相对运动的固体表面原子间的作用力以研究摩擦的起因;研究了
在高真空( 107 P)条a件下,粘着和摩擦的化学效应;研究了磁流体、磁粉
摩擦学发展前沿ppt课件
➢ 陈建敏 ➢ 王家序 ➢ 葛世荣
➢ 谢友柏
航空用特种润滑和密封材料与技术 --2004年国家技术发明2等奖
水润滑动密封复合材料轴承 --2004年获国家科技进步2等奖
矿井提升机的补偿制动技术及相关 安全装置
--2001年获国家技术发明2等奖 旋转机械转子轴承系统摩擦学动力 学设计理论与应用研究
--1997年获国家科技进步2等奖
破裂 起泡 角质化与起茧 汗毛与汗腺的破坏
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人工关节实的磨损例后果
寿命短，患者年龄受限
软组织吸收，引发病变
磨损颗粒被巨噬细胞吸收，导致骨溶解
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针对摩损的研实究之一—例—材料配副
UHMWPE 陶瓷
金属——金属
表面处理
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实例
陶瓷-陶瓷人工关节
31
人工骨
人工关节
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指关节假体 肩关节假体
肘关节 假体
✓美国军方专门研究武器发射系统的摩 擦学问题以提高射击精度、降低噪音、 提高寿命。如炮管内壁的固体润滑涂层 。
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摩擦学的发展前沿
极端速度/载荷条件下的摩擦学： ✓如：高速轴承dm·n值达1.0×106 mm·r/min以上，传统润滑理论已完全不 能指导这些轴承的设计与制造。 ✓如：精密塑性加工过程中，模具/工件之 间的工作压力大幅度提高，工件沿模具 的塑性流动与二者的界面摩擦学状态有 密切关系。
MEMS器件失效分类
Micro-gyro
Digital Micromirror Device
Nanotractor(2004)
1、无相对运动的微构件
2、有相对运动，无碰撞、 3、有相对运动，相互碰
磨损的微构件
撞的微构件
摩擦学的进展和未来
摩擦学的进展和未来一、本文概述摩擦学，作为一门研究物体间接触表面相互作用及其产生的摩擦、磨损和润滑现象的学科，自其诞生以来就在工业、交通、能源、生物医学等众多领域发挥了至关重要的作用。
随着科技的不断进步，摩擦学的研究也日益深入，新的理论、技术和应用不断涌现。
本文旨在全面概述摩擦学领域的最新进展，并展望其未来发展方向。
我们将回顾摩擦学的发展历程，从最初的经典摩擦理论到现代的纳米摩擦学、生物摩擦学等新兴分支。
接着，我们将重点介绍摩擦学在材料科学、机械工程、航空航天、生物医学等领域的最新应用，如高性能涂层材料、纳米摩擦调控技术、智能润滑系统等。
我们还将讨论摩擦学在能源转换与存储、环境保护、可持续发展等全球性问题中的重要作用。
在展望未来部分，我们将分析摩擦学领域的发展趋势和挑战，如跨学科融合、技术创新与产业升级等。
我们还将探讨摩擦学在智能制造、新能源、生物医疗等领域的发展前景，以及其在推动社会进步和可持续发展中的潜力。
本文旨在全面梳理摩擦学的进展和未来，以期为该领域的研究者、工程师和决策者提供有益的参考和启示。
二、摩擦学的基础理论摩擦学，作为一门研究物体表面间相互作用和摩擦现象的科学，其基础理论涉及多个学科领域，包括物理学、化学、材料科学和力学等。
这些基础理论为摩擦学的发展提供了坚实的支撑，同时也为未来的探索提供了新的思路。
接触力学理论：接触力学是摩擦学的基础，主要研究物体表面的接触行为和接触应力分布。
该理论通过研究接触表面的形貌、材料属性和载荷等因素，揭示了接触界面上的应力分布规律，为摩擦学的研究提供了重要的理论基础。
弹塑性理论：弹塑性理论主要研究物体在受力作用下的变形行为，包括弹性变形和塑性变形。
该理论为摩擦学提供了关于材料表面在摩擦过程中变形和损伤机制的重要认识，有助于深入理解摩擦现象的本质。
摩擦热学：摩擦过程中，由于摩擦力的作用，物体表面会产生大量的热量。
摩擦热学主要研究摩擦过程中的热量产生、传递和消散等问题。
摩擦学的理论研究及其应用
摩擦学的理论研究及其应用摩擦学作为一门交叉学科，研究了摩擦、磨损以及表面物理化学等基本问题。
目前，摩擦学已被广泛应用于飞机、汽车、列车、医疗器械、机械化农业、工厂等领域，成为现代工业生产的重要组成部分。
一、摩擦学的基本概念摩擦学是研究摩擦、磨损和润滑等现象的力学学科，在力学、材料学、化学、表面物理学等学科的交叉领域中深入探讨了摩擦学原理、机理和应用。
摩擦是指两个接触表面相对运动时的阻力，它是产生于两个表面之间的接触力。
磨损是物体表面由于与物质相互作用而发生的形态变化和质量损失。
磨损现象的产生是由于两个相对运动的表面之间的微观接触，导致这些表面在一些局部的地方发生结合和断裂。
润滑是在两个表面相对运动的情况下，通过在表面之间引入润滑剂，使两个表面之间的摩擦系数降低的现象。
摩擦学的分支学科有干摩擦学、润滑摩擦学以及磨损学等。
二、摩擦学的研究意义摩擦学的研究意义主要体现在以下几个方面：1. 提高工程设计水平。
摩擦学的研究成果可以为工程设计人员提供思路和设计指导方案，达到规避机械性能下降、磨损加剧、寿命缩短等弊端的结果。
2. 进行润滑设计。
润滑剂、润滑油脂等润滑剂厂家可以进行润滑设计，为机械设备的正常运转提供保障。
3. 开拓新材料需求领域。
目前，涂层、纳米材料等新型材料的研究及应用已经成为摩擦学研究的热点领域。
这些新型材料可以增加润滑能力、降低磨损程度，从而提高机械设备寿命。
三、摩擦学的应用现状摩擦学理论已被广泛应用于汽车、航空、机械制造、医疗器械、化妆品等多个领域。
1. 汽车工业。
摩擦学理论的应用在汽车行业中表现尤为突出。
现代汽车工业是材料和摩擦学领域不断发展、不断创新的产物。
摩擦学技术在汽车上的应用范围非常广泛，从发动机、变速器和轮胎到制动系统、转向系统，都需要基于摩擦学原理的设计和研究。
2. 航空制造业。
航空材料的研究和使用一直是大家关注的热门话题。
摩擦学技术也在航空工业中应用。
涂层材料、传感器、及精密丝锥这些领域都获得了摩擦学的应用，从而提高了飞机的性能，增加了安全和舒适性。
摩擦学与润滑研究
摩擦学与润滑研究摩擦学和润滑研究是物理学和工程技术学科中的两个核心领域。
在机械工程、材料科学、面包车等工程学科中，摩擦和润滑是关键性问题。
本文将从以下几个方面介绍摩擦学和润滑研究的现状，问题和发展方向。
一、摩擦学的定义和研究领域摩擦学是研究固体表面之间相互作用及其一物体相对于另一物体沿接触面运动时所发生的摩擦现象的科学。
自然界中的摩擦，使得许多生物和机械系统能够正常运行。
但在许多情况下，摩擦是一件不希望的事情，它导致不必要的热量和能量损失，使机械设备的运行效率降低，甚至还会导致设备的故障和损坏。
基于解决这些问题，摩擦学的研究主要关注以下几个领域：1. 摩擦学基本原理和理论摩擦学理论是摩擦学的基础，它涉及摩擦现象的机制、影响因素、计算模型等问题。
目前，摩擦学理论主要包括经典摩擦学、摩擦表面物理学、统计摩擦学、纳米摩擦学、分子动力学摩擦学等研究分支。
这些理论为机械设备的设计、制造和维修提供了理论基础。
2. 摩擦学实验技术摩擦学实验技术是确定摩擦学性质的关键，它包括表征摩擦学性能的试验方法、测试设备、测试标准等。
目前，快速发展的纳米技术为摩擦实验提供了新的实验手段，例如原子力显微镜、扫描隧道显微镜等。
3. 摩擦学应用摩擦学的应用非常广泛，主要包括摩擦学材料、润滑油液、轴承技术、微机电系统、电子设备热管理等。
摩擦学在制造业、航空航天、交通运输、军事等领域都有重要的应用。
二、润滑研究的定义和研究领域润滑是减少摩擦及其相关损害的一种方法，它通过在两个物体的接触界面处插入一个润滑介质（例如油、脂、液态金属等）来降低摩擦系数并减少磨损。
润滑学是研究液体、气体和固体之间的摩擦和润滑现象的学科。
润滑学研究的内容包括：1. 液态和固态润滑介质液态润滑介质是液体，通常包含油和脂。
液体作润滑剂时具有较好的黏滞性和流动性。
固态润滑介质主要是基于润滑层的存在而减小摩擦力，例如润滑薄膜的形成和固体润滑剂的使用。
2. 润滑机理润滑机理包括分子间吸附、润滑膜形成、固体润滑剂作用等。
空间摩擦学的机遇和挑战
空间摩擦学的机遇和挑战空间摩擦学是研究在真空或低重力环境下物体的摩擦行为的领域。
它面临着许多机遇和挑战，这些因素将推动学科的发展和应用。
机遇：1. 航天探索：空间摩擦学的研究对于探索和开发太空资源具有重要意义。
了解物体在真空和低重力环境中的摩擦行为，有助于改进太空船和机械装置的设计，提高探索效率。
2. 减少磨损：在地球上，物体的摩擦会导致磨损和能量损失。
然而，在真空环境中，由于缺乏空气分子的碰撞，摩擦减少，可以显著降低磨损的程度。
空间摩擦学的研究有助于开发更耐用和低摩擦的材料，应用于各种工业和技术领域。
3. 能源和环境应用：通过研究空间摩擦，可以改善机械装置的效率，降低能源消耗和排放。
例如，在能源生产和传输领域，减少摩擦意味着更高的能源传输效率和更低的能源损失。
挑战：1. 实验条件：由于水平和垂直轴的摩擦在真空和低重力环境中存在困难，研究者需要设计合适的实验条件来模拟这些环境。
这需要开发创新的实验装置和技术，以确保准确性和可靠性。
2. 缺乏数据：由于空间摩擦学是一个相对新的领域，对于真空和低重力环境下摩擦行为的详细了解还相对有限。
研究人员需要收集更多的数据，并建立更准确的模型来描述和预测摩擦力在真空中的行为。
3. 材料适应性：许多目前在地球上使用的材料可能无法适应真空和低重力环境下的摩擦条件。
研究者需要开发新的材料，并对其性能和稳定性进行测试，以满足太空应用的需求。
综上所述，空间摩擦学作为一个新兴的学科领域，面临着许多机遇和挑战。
通过克服这些挑战，并利用机遇，空间摩擦学有望为太空探索、能源和环境等领域带来重大的科学和技术进展。
4. 精确控制：在太空中进行精确的控制和操作是一项具有挑战性的任务。
由于缺乏大气阻力和重力的影响，空间摩擦学对于设计和控制太空船和机械装置至关重要。
通过研究空间摩擦，人们可以更好地理解和控制物体在真空中的运动和相互作用，使得太空任务的完成更加准确和可靠。
5. 粉尘和污染管理：在太空中，粉尘和污染物对设备和实验的影响是一个重要问题。