摩擦学研究领域的进展和发展趋势
摩擦学研究进展
摩擦学研究进展摩擦学即是研究摩擦现象的学科，涉及到材料的摩擦力学、表面和界面科学、纳米科技等多个领域。
摩擦是普遍存在的自然现象，不仅影响着我们日常生活中的各种事物，而且也对多种技术和行业产生着重要的影响。
摩擦学的研究不仅有助于我们更好地理解自然现象，而且对于新材料的研发和产品的开发也具有重要的意义。
本文将从三个方面对摩擦学研究的进展进行介绍。
I. 摩擦力学摩擦力学是摩擦学的基础科学，主要研究摩擦力的本质、性质、变化规律等。
过去的研究表明，不同材料之间的摩擦系数存在差异，同时还受到接触压力、温度、表面形貌等多种因素的影响。
随着研究的深入，人们发现了一些在摩擦中起关键作用的物理现象，如阻尼效应、界面化学反应等。
同时，在实际应用中，人们也开始关注摩擦力的降低问题，提出了一些有效的技术手段，如润滑剂的使用、材料表面改性等。
这些进展不仅有助于我们更好地理解摩擦现象，而且也为提高产品的效率和品质提供了重要的技术支持。
II. 表面和界面科学表面和界面科学是摩擦学的重要分支，主要研究材料表面和界面现象的本质、机理和应用。
在过去的研究中，人们发现材料表面的形貌、化学组成等特性对摩擦行为有非常显著的影响。
随着纳米技术的发展，表面和界面科学研究中涉及的问题也越来越小，从而引出了润滑纳米液体、摩擦场等新的研究方向。
同时，界面化学反应、表面改性等技术的出现也为材料设计和表面加工提供了新的思路和方法。
III. 纳米摩擦学纳米科技是摩擦学的新兴研究领域，主要研究在纳米尺度下材料的摩擦行为和力学性质。
近年来，随着纳米技术的快速发展，人们已经开始具体地研究纳米尺度下的摩擦问题。
研究表明，在纳米尺度下的材料摩擦行为不同于宏观尺度下的情况，纳米表面的化学反应和量子效应等因素开始显示出重要影响。
因此，纳米摩擦学的研究不仅有助于我们更好地理解材料摩擦现象，而且也为研发新材料和开发新产品提供了重要的技术支持。
结论摩擦学研究的深入发展为我们理解自然现象和提高生产效率提供了巨大的帮助。
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。
摩擦学的进展与展望
摩擦学的进展与展望摩擦学是一门关于摩擦现象及其控制的学科，是材料领域中最重要的基础科学之一。
随着科学技术的不断发展，摩擦学研究也逐渐取得了新的进展和突破，本文将简述摩擦学的进展以及未来的展望。
一、摩擦学的进展1. 材料性能的改进随着材料科学的发展，工程界不断提出新的材料，任何材料都不能发展的独立于摩擦学的限制。
新型材料的发展为减小摩擦提供了一种途径，包括纳米材料，硅基材料等等。
2. 润滑技术的发展传统的润滑技术包括机械润滑、油润滑、气体润滑等。
而近年来润滑技术的应用也越来越广泛，从传统的机械润滑开始转向静电场润滑等新型技术，这些技术的应用有效地减小了摩擦现象，增加了机械设备的寿命。
3. 摩擦学理论的深化随着计算机技术和数值模拟技术的发展，摩擦学理论得到了很大的改进。
现代摩擦学理论已经逐渐从传统的摩擦现象说明向着深入探讨摩擦机制的方向发展。
同时新型摩擦学理论的提出可为材料科学提供新的支撑。
二、摩擦学的展望随着材料科学、计算机科学的快速发展，摩擦学在未来还有非常广阔的发展空间。
未来摩擦学的发展重点包括以下几个方面：1. 摩擦与磨损控制的理论和技术的发展随着工业的快速发展，摩擦机制和材料耐用性是极其关键的。
未来研究需着重探索摩擦与磨损强度之间的关系、摩擦机制的本质、新型润滑剂的研究等等。
2. 智能润滑技术的推广智能润滑技术将润滑技术与计算机技术相结合，开发出一种更加高效、自适应性更强的新型润滑系统。
未来摩擦学的应用将更加普及和广泛，发展出与工业现状高度契合的新型智能润滑技术。
3. 摩擦学与新材料的研究在现代工程技术和材料科学的高度发展下，新型材料的研究变得越来越重要。
未来的摩擦学还需要关注新型材料的摩擦特性、摩擦不稳定性等方面的应用研究。
尽管摩擦学已取得了长足的发展，但是未来摩擦学的发展研究充满了无限的可能性。
相信有天人们可以突破摩擦机制的局限，创造出更多的奇迹。
4. 微观结构与摩擦特性的研究随着纳米技术的不断发展，微观结构与摩擦特性之间的关系逐渐成为了一个热门领域。
摩擦学与表面工程技术的研究进展
摩擦学与表面工程技术的研究进展摩擦学是一门独立的学科，以摩擦、磨损、润滑和表面工程等为核心，涉及工程、材料、化学、物理等多个领域。
随着科技的发展，摩擦学与表面工程技术的研究也越来越受到重视，成为一门前沿性、实用性和交叉性的学科。
本文将结合近年来的研究成果，探讨摩擦学和表面工程技术的发展现状及未来发展趋势。
一、摩擦学的发展及应用摩擦学被定义为研究摩擦、磨损和润滑等三个方面的科学。
摩擦是指两个物体相对运动时发生的阻力，磨损是指夹在两个物体之间的杂质或异物引起的表面磨损，润滑是指通过介质在两个物体表面上形成的润滑膜，降低摩擦和磨损。
现代工业的发展，摩擦学的研究与应用已经不仅仅是单纯定量化和测量摩擦系数，而是涉及各种传动和运动系统的设计、磨损的控制和润滑的改进，对于保障工业生产和科学发展具有重要意义。
摩擦磨损是机械加工和设备运转中普遍存在的问题，影响着机械设备的使用寿命和性能。
如何减少摩擦、抗磨损和提高润滑是摩擦学研究的重要课题。
这些问题也成为了近年来摩擦学研究的热点和难点。
目前，在摩擦学方面，研究成果的应用范围极广，例如汽车行业中的摩擦材料、气体透平的润滑与密封、高速列车的降噪与减振等。
同时，很多领域的发展和研究，也得益于起源于摩擦学研究的专业技术。
比如飞机工程中的超短起飞和垂直起降技术，机器人设计中的优化系统运动控制和精度改进，以及医疗器械的精细化设计等都需要靠摩擦学。
二、表面工程技术的研究与发展表面工程技术可以被定义为对于材料表面的物理和化学性能进行改变或增强的处理过程。
表面工程技术通过对于材料表面的处理，可以改善材料的机械性能、耐腐蚀性、和分子交互的物理化学性质等，提高其整体性能，实现对于材料结构和性质等的调控。
表面工程技术应用非常广泛，可应用于航空、工业、建筑等多个领域。
传统的表面工程技术主要包括表面喷涂、气相沉积、表面改性、表面镀膜和激光表面处理等。
近年来，随着纳米技术和电子显微镜技术的发展，表面工程技术也呈现出了新的发展趋势。
摩擦学原理在摩擦学中的应用研究
摩擦学原理在摩擦学中的应用研究摩擦学是研究摩擦学现象、摩擦学理论和摩擦学应用的学科，是机械工程学科中的一个重要分支。
摩擦学理论不仅涉及到摩擦特性，还涉及到磨损和润滑等方面，而研究摩擦学的目的主要是为了减小磨损、提高工作效率和延长设备寿命等方面。
本文将从摩擦学原理的基本概念、摩擦学原理在润滑、磨损和摩擦减少等方面的应用研究以及相关新技术的研究进展等几个方面来进行探讨。
一、摩擦学原理的基本概念摩擦学原理是指在两个表面接触时由于相对运动而发生的力的作用和能量转化的过程。
摩擦学理论主要包括摩擦力的起源和发展、摩擦力的测试和分析、摩擦减少和磨损减少的方法、润滑技术及其应用等方面。
摩擦力的起源和发展：摩擦力是由于物体表面之间存在着密不可分的原子力，当两个物体表面接触时这些原子力之间相互作用并导致了摩擦力的产生。
通常情况下，润滑剂可以在物体表面上形成一层分子厚的润滑膜，从而减少表面间的原子力，降低摩擦力从而达到节能、减少磨损的目的。
摩擦力的测试和分析：摩擦力测试技术的发展主要分为静摩擦力测试和动摩擦力测试两个阶段。
其中静摩擦力测试主要是通过使用特殊的测试装置将摩擦系数测试到一个最小值，然后用不同的压力、温度或液体条件来测量摩擦系数的变化。
而动摩擦力测试主要是通过使用复合材料等材料来制造不同形态的磨损试验机来进行。
润滑技术及其应用：润滑技术主要包括干摩擦润滑和液体摩擦润滑两种类型。
其中干摩擦润滑是指在没有润滑剂的条件下来进行润滑处理，主要应用于高温、高压等特殊条件下，而液体润滑则是通过使用一定量的润滑剂来降低摩擦系数，提高工作效率，并且达到延长设备寿命的目的。
液体润滑可以分为固体润滑、流体润滑和混合润滑三个部分来进行研究。
二、摩擦学原理在润滑、磨损和摩擦减少等方面的应用研究1. 润滑手段的应用：实现摩擦的减小主要是通过润滑手段来进行实现，润滑手段主要包括光滑表面、润滑油膜、润滑基液等。
其中，润滑油膜的应用是在摩擦部位涂上润滑油膜，防止磨损产生同时提高设备的使用寿命；而润滑基液则是在工作表面之间将润滑油膜封装起来的液体，可以有效降低表面间的原子力，降低摩擦系数从而达到降低磨损、减少摩擦的目的。
DLC_基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望
表面技术第53卷第8期DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望汤鑫1，王静静1*，李伟1，胡月1，鲁志斌2，张广安2（1.上海理工大学 材料与化学学院，上海 200093；2.中国科学院兰州化学物理研究所 固体润滑国家重点实验室，兰州 730000）摘要：类金刚石（DLC）薄膜是一种良好的固体润滑剂，能够有效延长机械零件、工具的使用寿命。
DLC 基纳米多层薄膜的设计是耐磨薄膜领域的一项研究热点，薄膜中不同组分层具备不同的物理化学性能组合，能从多个角度（如高温、硬度、润滑）进行设计来提升薄膜力学性能、摩擦学性能以及耐腐蚀性能等。
综述了DLC多层薄膜的设计目的与研究进展，以金属/DLC基纳米多层膜、金属氮化物/DLC基纳米多层膜、金属硫化物/DLC基纳米多层膜以及其他DLC基纳米多层膜为主，对早期研究成果及现在的研究方向进行了概述。
介绍了以上几种DLC基纳米多层膜的现有设计思路（形成纳米晶/非晶复合结构、软/硬交替沉积，诱导转移膜形成，实现非公度接触）。
随后对摩擦机理进行了分析总结：1）层与层间形成特殊过渡层，提高了结合力；2）软/硬的多层交替设计，可以抵抗应力松弛和裂纹偏转；3）高接触应力和催化作用下诱导DLC中的sp3向sp2转化，形成高度有序的转移膜，从而实现非公度接触。
最后对DLC基纳米多层膜的未来发展进行了展望。
关键词：DLC基纳米多层膜；力学性能；摩擦学性能；摩擦机理；结构中图分类号：TH117.1；TH142.2文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)08-0052-11DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.08.005Research Progress and Prospects on Tribological Propertiesof DLC Based Nano-multilayer FilmsTANG Xin1, WANG Jingjing1*, LI Wei1, HU Yue1, LU Zhibin2, ZHANG Guang'an2(1. School of Materials and Chemistry, Shanghai University of Technology, Shanghai 200093, China; 2. State Key Laboratory ofSolid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China)ABSTRACT: Friction and wear can cause surface damage of materials, especially metal materials, and shorten the service life of work pieces. DLC (diamond-like carbon) is an amorphous carbon film composed of mixed structures, usually formed by the mixture of sp2 carbon and sp3 carbon. With high hardness, low friction coefficient, good chemical inertness and biocompatibility, DLC is a kind of film with great potential, which has a wide range of applications in mechanical, electrical, biomedical engineering and other fields. Its super-hard, wear-resistant and self-lubricating properties meet the technical requirements of the modern manufacturing industry. It is widely used as solid lubricant for the surfaces of contact parts that rub against each other.收稿日期：2023-05-08；修订日期：2023-10-12Received：2023-05-08；Revised：2023-10-12基金项目：中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室开放课题（LSL-2205）；上海高校青年教师培养资助计划Fund：Open Project of State Key Laboratory of Solid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences (LSL-2205); Shanghai University Youth Teacher Training Assistance Program引文格式：汤鑫, 王静静, 李伟, 等. DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望[J]. 表面技术, 2024, 53(8): 52-62.TANG Xin, WANG Jingjing, LI Wei, et al. Research Progress and Prospects on Tribological Properties of DLC Based Nano-multilayer Films[J]. Surface Technology, 2024, 53(8): 52-62.*通信作者（Corresponding author）第53卷第8期汤鑫，等：DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望·53·Compared with single-layer DLC films with single component, DLC based nano-multilayer films with alternating layers of two or more components can improve the mechanical and tribological properties better, which is due to that different layers in the nano-multilayer films have different combinations of physical and chemical properties. Therefore, it can be designed from many aspects (such as high temperature, hardness, lubrication, and corrosion) to improve the mechanical properties, tribological properties and corrosion resistance of the films. Usually, the nano-multilayer films have good impact resistance and plastic deformation resistance ability, which can effectively inhibit the formation and propagation of cracks, and have a good cycle service life under high load conditions.In this paper, DLC based nano-multilayer films were systematically reviewed, including metal/DLC based nano-multilayer films, metal nitride/DLC based nano-multilayer films, metal sulfide/DLC based nano-multilayer films and other DLC based nanolayer films. Firstly, the design background and concept of DLC multilayer thin films were elaborated. The design idea of multilayer films was to form a gradient mixing interface between multilayers to achieve gradient changes in composition and properties. This multilayer structure could produce unique structural effects, which could effectively reduce various stresses generated during the friction process, and significantly improved the adhesion strength between film and substrate and the overall elastic modulus of the film, which had important significance for the structure evolution of DLC based nano-multilayer films and the interface action mechanism. Then, the friction mechanisms were summarized. The main friction mechanisms of DLC multilayer films were concluded as follows: 1) The nanocrystalline/amorphous structure was formed, which improved the binding force between the layers and reduced the shear force and friction force; 2) The soft/hard multilayer alternating design resisted stress relaxation and crack deflection; 3) Under the action of pressure, the amorphous carbon layer was induced to forma two-dimensional layered structure to achieve incommensurate contact and effectively reduce friction and wear. Finally, thefuture development of DLC-based nano-multilayer films was forecasted. To improve the tribological properties of DLC composite films under extreme, varied and complex conditions, it is necessary to carry out researches from multiple perspectives: 1) Establishing a multi-material system, which combines doping and multilayer gradient design; 2) Regulating the crystal growth rate and increasing the deposition rate and density of the films by multi-technology co-preparation;3) Establishing a more scientific model to study the friction mechanism of DLC.KEY WORDS: DLC based nano-multilayer films; mechanical properties; tribological properties; friction mechanism; structure摩擦磨损现象广泛存在于机械零件的直接接触中，如机械传动、齿轮咬合。
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摩擦学领域的研究进展和发展趋势李久盛（中国石油兰州润滑油研究开发中心，甘肃兰州730060）摘要：对近年来摩擦学研究领域的相关文献进行了调研、汇总和分析，主要涉及的内容有：对摩擦学发展趋势的预测和分析，摩擦化学研究的新方法、新理论和新仪器，边界润滑下不同类型添加剂的作用机理等。
在此基础上，结合油品发展趋势对摩擦学今后的关注点进行了总结和展望。
关键词：摩擦学；边界润滑；极压抗磨剂；摩擦化学反应StatusandDevelopTrendsofTribologyResearchFieldLIJiu-sheng(PetroChinaLanzhouLubricatingOilR&DInstitute,Lanzhou,730060) Abstract:Inthispaper,,newmethods,theoryandanalyzerfortribochemicalstudies ,,thedeveloptrendsoftribologyfieldweresummarizedandpreviewed. KeyWords:Tribology;Boundarylubrication;EP/AWAdditive;TribochemicalReact ion摩擦学((tribology)是一门研究相对运动的表面及相关行为的技术科学，包括研究摩擦、磨损和润滑。
摩擦化学是摩擦学的一个重要分支，是化学与摩擦学的一个交叉学科，主要研究相对运动中的表面所发生的化学及物理化学变化。
摩擦化学主要涉及两大摩擦领域：干摩擦状态下的摩擦化学及润滑状态下的摩擦化学。
干摩擦指相对运动的两个界面间没有油脂或其它润滑液存在的摩擦状态；而油润滑则是指相对运动的界面完全浸于油脂中或界面有一层油脂润滑膜的摩擦状态。
摩擦化学与热化学有一定的差异，摩擦化学往往是在机械能、热能、电能等共同作用下产生的化学变化，它与相对运动的摩擦表面所产生的各种物理与化学效应直接相关，并且由磨损而引起的表面晶格缺陷和金属新生面对化学反应还具有催化作用，有时还可以激发某些反应的发生。
摩擦化学具体来说，就是对添加剂在摩擦过程中的作用机理进行研究，这对于提高添加剂开发工作的目的性具有十分重要的意义。
在本文中，对近年来国际摩擦学界有关摩擦化学的文章进行了调研，并结合自身的工作需要，选择其中具有代表性的文献进行了整理，希望可以为以后的研发工作提供方法借鉴和理论指导。
一、摩擦学研究发展趋势的预测2001年，HughSpikes[1]发表了关于21世纪摩擦学研究预测的文章，对摩擦学基础研究在本世纪最初50年所面临的挑战进行了分析和讨论，并对其发展趋势进行了预测。
基于对摩擦学现在的发展趋势、研究状态、科技支撑条件和现实需求的分析，Hugh认为本世纪头12年，摩擦学基础研究的发展趋势主要集中于5个领域：模型和模拟、薄层润滑、节能技术、表面的最优化设计和智能系统等。
模型化和模拟方法20世纪40年代，计算技术的限制使得科学家只能通过大量的计算对摩擦过程中有限流体动力学进行简单的研究；60年代，大型主机的出现促进了流体热力学和流体弹性动力学等温线的研究，并在60年底中期扩展到弹性动力学线接触的热力学研究；70年代，进一步深入到弹性动力学点接触的等温线研究；80年代，计算机技术的发展解决了等温线、光滑表面和弹性动力学等问题，热力学、点接触、粗糙表面和高负荷下的摩擦接触受到了关注，分子动力学开始用来对简单的碳氢化合物进行模拟；90年代中，解决了粗糙表面上的2维弹性流体接触[2]和厚层/薄层膜润滑的分子动力学模拟[3,4]。
图1是2个狭窄表面相对运动时不同油膜厚度的十六烷的模拟[4]，图2是典型粗糙表面运动接触下的油膜厚度预测[5]。
图 1 剧烈碰撞下运动表面十六烷的分子动力学模拟图 2 弹性流体接触下粗糙表面油膜厚度的计算机模拟计算机模型除了得益于计算机技术的力量，还在运算规则如多栅格化处理、真实模拟等方面取得了进展。
具体来说，高度精确和复杂的数学模型和模拟方法将在摩擦学得到更大的应用。
到2012年，高速台式计算机将用于研究运动粗糙表面、热力学和非牛顿流体，能够对混合弹性流体力学/边界润滑过程中的接触压力、膜厚和摩擦进行预测；分子动力学模拟将更加强大，可以在台式计算机根据润滑剂的分子结构来预测其粘度和可压缩性等性质；现在所进行的关于摩擦固体表面的疲劳磨损研究，会在原子或者更大的个体单元范围内得到深化。
模型化的一个重要领域是复杂摩擦学体系如发动机或传动系统等的运行状态模拟，包括接触应力、温度、动力学和流体效应等体系中相关问题的研究，以及机械运转对润滑剂和摩擦表面造成的累积损害。
这一研究的最终目的是为了建立有效的试验手段来代替耗时昂贵的发动机或者齿轮箱台架试验。
表1列出了摩擦学在模型化和模拟方法领域有可能取得的成就。
表1摩擦学模型化和模拟方法涉及领域2维弹性流体和混合膜所包含的热力学、非牛顿流体和粗糙表面等的研究润滑剂的分子动力学模拟混合润滑的分子模型摩擦过程中固体发生接触和滑动时的原子/单元反应模型多面或多体接触的模拟累积损害模型机械润滑的过程模拟，如内燃机油的抗磨表现薄层润滑过程的研究对于摩擦过程的物理本质和化学过程的理解，是建立有效的计算机模型的前提，实验摩擦学在未来12年的一个主要作用就是要对摩擦过程中的物理本质和化学现象进行研究，而对薄层润滑膜和混合边界润滑膜的研究，就是其中一个关键领域。
薄层润滑之所以引起越来越多的重视，主要是因为现代社会对节能提出了更高的要求，使机械部件向小型化和大功率密度发展，而润滑油的选择也趋向低粘度级别油品，这两个趋势都要求减小润滑膜的厚度[6]。
信息存储系统的发展，进一步使得摩擦副之间的润滑层减小到只有几个纳米的厚度[7]。
图 3 冲击后表面和粗糙表面润滑膜厚度分布薄层润滑的研究在过去的10年中取得了相当大的进展，主要集中在2个方面：一是实验手段如力平衡仪器和超薄膜干涉测量的发展和应用[8]，最新的进展就是间隔层成像系统的发明，使得能够对粗糙表面的润滑膜厚度进行描绘[9]，可以深入考察微观弹性流体动力润滑行为和基础油、添加剂的摩擦学性能。
图3利用这一技术对经过撞击的表面和真实粗糙表面分别进行了润滑膜厚度分布表征。
第二个重要的进展是新型高灵敏度的表面分析仪器的发明，如高分辨率发射电子显微镜（HRTEM）、和X-射线精细结构分析仪（XANES）等，这就可以对摩擦表面反应膜的化学结构信息进行深入细致的研究。
图4显示的是利用HRTEM对油溶性有。
机钼润滑下的磨斑表面进行了表征，证明了确实存在1～2分子厚度的薄片状MoS2图 4 有机钼润滑下磨斑表面的HRTEM表征图像边界润滑和混合润滑下的薄层研究发展速度很可能非常迅速。
在这个过程中，一些需要用实验去验证的关键问题有：1）润滑剂所形成超薄膜的流变学性质；2）重负荷接触下液/固界面上的滑动范围；3）极压抗磨剂形成反应膜的动力学过程以及润滑膜的物理性质；4）凹凸不平的表面直接接触时基础油和反应膜的作用行为；5）对薄层磨损接触时发生化学反应的控制因素如瞬时温度、剪切力、表面逃逸电子和催化活性等进行分析和量化。
节能技术对摩擦学发展的要求的排放而发展出的几项新技术，如高效、环保发为了提高节能效率、减少CO2动机，使得摩擦学面临着新的挑战。
从摩擦学的角度说，新型发动机要求处于弹性流体状态的润滑剂在宽的温度和压力范围下，能够提供较高的摩擦和牵引效率。
近年来，具有很高牵引效率的合成润滑剂受到了越来越多的关注[9]，但是缺点在于其高昂的价格和高温下存在牵引效率下降的现象。
另外，为了更好的研究弹性流体状态的润滑作用机理，需要发展精确的流变学模型。
过去的几年中所提出的数个类似的模型，虽然在理论上可以预测弹性流体的牵引效果，但与实际工况仍存在重要的差异。
从分子角度对流体黏附力进行研究，会促进性能良好且价格低廉牵引液的开发工作，这一领域和弹性流体流变学必将在未来数年内受到重视[10]。
表面最优化设计在过去的40年，一个在实践中非常有效但基础理论研究又极为缺乏的领域是表面处理和涂层技术，很多有效的处理过程已经得到了广泛的商业应用。
在最近的10年中，这一技术与理论脱节的现象得到了改善，这主要得益于数字化模型的应用，包括对处理过的或涂层的表面各层的物理性质进行描述，对处理后表面之间的接触进行模拟等[11]。
由于涂层技术能够保持长期稳定有效的润滑，体现出了相对于润滑油的极大优势，这一领域的理论研究和技术发展会变得越来越重要。
其中，一个值得关注的方向是为各向异性或多相材料如合金建立3-D模型，以便对压力在材料内部的分布情况进行分析，从而可以预测材料裂缝的发生几率和损害累积。
智能系统计算机技术的飞速发展和传感器新技术的出现，使二者结合后衍生出的智能系统给了摩擦学研究令人振奋的推动力。
图5所示就是一个装有智能防震系统的轴承，装在外环和轴承之间的压电传感器会检测齿轮啮合过程中压力的变化，信号反馈给反作用的传感器对外加负荷进行调整，从而起到轴承震动的阻尼作用[12]。
图 5 装有智能-防震系统的轴承二、边界润滑膜的形成和润滑机理边界润滑的定义所谓边界润滑，是指油膜平均厚度小于摩擦副表面粗糙度状态下的润滑，在相对运动过程中存在表面之间的直接接触。
具体来说，边界润滑有如下特点：1）摩擦表面之间的直接接触承载了大部分的负荷；2）润滑剂与表面发生了化学反应；3）摩擦化学反应的产物对于摩擦过程中润滑效果起到了举足轻重的作用；4）基础油的粘度对于摩擦磨损的影响很小；5）一般发生在低速高负荷的工况，如轴承、齿轮、凸轮、蜗杆和活塞环等部件的工作环境。
边界润滑状态下摩擦表面之间的凹凸处发生碰撞，根据负荷和材料性质的不同，表面会发生局部弹性形变和塑性形变，苛刻条件下还会发生断裂。
随之发生能量释放如机械能和热，造成接触点的瞬时温度非常高，而新生表面具有很高的表面能和反应活性，这些因素都会引发润滑剂与表面金属之间的化学反应，如氧化反应（表面金属的氧化和润滑剂的氧化）、润滑剂的分解反应、表面催化反应、聚合反应和有机金属化合物的生成等。
Nakayama等[13]观察到在摩擦过程中有断裂化学键、外逸电子和带电粒子出现，这些因素都促进了摩擦化学反应的发生。
边界润滑膜的组成、外观和形貌研究表明，边界润滑膜的化学组成主要是微米级大小的铁或氧化铁颗粒和大分子量的有机金属化合物。
如果有ZDDP或TCP等抗磨剂的存在，则润滑膜中会含有磷酸铁等玻璃状的磷酸盐成分。
润滑膜的外观和形貌是斑驳的、连续或离散的，而且由于膜厚和所含元素的不同，呈现绿色到褐色等不同的颜色[14]。
从整体上来说，润滑膜的外观和形貌与其润滑性能之间没有直接的规律性关系[15]。