摩擦与润滑科普分析

欧拉 1703-1783 他严谨扎实地进行和记录摩擦实验相关数据，是研究客 观规律的典范，并第一个研究了滚动摩擦。
库伦 1736-1806
测定滑动摩擦力的装置
研究滚动摩擦的装置
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摩擦认识进展
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摩擦对人类的影响
绳结
体育
乐器
自行车链条
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02
摩擦认识进展
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考察接触面 的影响
滚珠和半轴承上摩擦 力矩
最早对摩擦现象进行定量研究
阿蒙顿 1663-1705
计算做水平运动所需力的装置
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摩擦认识进展
从静摩擦研究到动摩擦，引入������做为摩擦系数的符号， ������ =tana, a 为斜面与水平面之间夹角

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谢 谢！
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磨损过程示意图
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Lபைடு நூலகம்CP
摩擦认识进展
现代制造业的一个重要趋势就是精密化和小型化
机器越小，其单位体积的表面积则越大，摩擦磨损带来的影响也就越大，这不仅消耗更 多的能量，而且会导致这种微小型机器的寿命太短，无法得到实际应用。
弹性变形
塑性变形 干摩擦
液体 流体摩擦
边界膜 边界摩擦 混合摩擦
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摩擦认识进展
摩擦及其引发的磨损
典型的磨损过程
磨合磨 损阶段
稳定磨损阶段
剧烈磨损阶段
I
II q
III
磨损量q
t
O
时间t
（a）用扫描隧道显微镜可看到铅笔笔迹的黑色主要由数不清的微米石墨薄片堆叠而 成（蓝色框框中的图像）；（b）石墨层状结构*；（c）石墨烯蜂窝状晶格结构*
（a）*、（b）公度；（c）*、（d）非公度，（e）、（f）公度和非 公度晶格的滑移势垒及受力情况（（b）、（d）~（f）引自文献）
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润滑费用
设备磨损
停产损失
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润滑
超润滑概念
1990 年 ， 日 本 科 学 家 M. Hirano （ 平 野 元 久 ） 等 根 据 纳 米 摩 擦 学 的 Fren⁃kel-Kontorova模型，从理论上预测两个晶面非公度接触时的静摩擦力 有可能为零（或几乎为零），并把这一现象命名为超润滑。
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类富勒烯碳薄膜应用
类富勒烯碳薄膜产业化
设计制备了在大气环境中具有超低摩擦特性的类富勒烯结构固体润滑薄膜，发 动机部件应用在一汽集团获得验证。 开发的FLC 在柱塞、活塞环、活塞销、气门杆的沉积工艺技术
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润滑
润滑概念
润滑：将一种具有润滑性能的物质加入到摩擦副表面之间，以达到抗磨减摩的作用 润滑原理：给滑动负荷提供一个减摩的油膜
润滑示意图
合理润滑，可使设备维修费和购置费节约20%，停产损失约40%，设备寿命延长约10%
摩擦概念
摩擦是在外力作用下，发生相对运动或具有相对运动趋势的物体，受到与其相接触的物质 或介质（液体或气体）的阻力作用，在其界面上产生的一种能量转换的现象。 注意：在界面上作用的切向阻力是摩擦力，而不是摩擦。因为摩擦本质不是一种力，是一 种能量转化的现象。因此摩擦和摩擦力既是有密切联系而又本质区别的不同概念
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摩擦对人类的影响
摩擦无处不在，并影响着人类生活的方方面面
(d)
(e)
随处可见的摩擦现象：（a）北极熊在低摩擦的冰面上滑倒*；（b）摩擦使得推动笨 重 的家具变得困难，并导致磨损，用放大镜看，家具与地板的接触面实际上是粗糙的（（ b） 中小图）；（c）膝关节的磨损带来疼痛；（d）利用齿轮传动的鼓车（e）风车
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润滑
摩擦及其引发的磨损，对当今世界范围内的能源、环境、技术和经 济等层面都有着巨大影响
汽车摩擦损失
驱动汽车行驶的功率，约1/3~1/2用以克服各种摩擦，包括发动机内、传动部件之间，车体与 空气、轮胎与路面间的摩擦。 据统计，全球约1/3的一次性能源浪费在摩擦过程中，约80%的机械零部件失效由摩擦磨损造 成，导致工业化国家经济损失高达 GDP 的5%~7% （若按中国2015年GDP 约75万亿人民币元计 算，摩擦造成的损失约合3.75 万亿~5.25 万亿人民币元）
蒸汽机展示模型
水电站
天基反导
航空发动机
星间激光通信
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摩擦认识进展
首次做了一系列摩擦、磨损与润滑的实验，设计轴承，并定义 了摩擦系数。
列奥纳多 达 芬奇 1452-1519
测平面和表面上 摩擦力
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超润滑
类富勒烯碳薄膜
高分辨透射电镜照片
薄膜超低摩擦行为
类富勒烯结构演变机制
率先引入类富勒烯碳结构到含氢碳薄膜内，并首次实现大气环境中超滑（0.008）
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05
类富勒烯碳薄膜应用
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22/51
类富勒烯碳薄膜应用
机械运动部件都会面临摩擦、磨损问题，润滑材料及技术是降低摩擦、减 小磨损、提高效率、可靠运行、延长寿命的最有效手段。 设计制备了在大气环境中具有超低摩擦特性的类富勒烯结构固体润滑薄膜， 突破了具有工程应用价值的超低摩擦固体润滑技术，发展了具有自主知识 产权的超低摩擦碳基固体润滑薄膜及成套设备。作为发动机节能减排与可 靠性关键固体润滑技术在一汽集团获得验证。 空气环境下摩擦系数小于0.008，寿命大于106次。
（a）血管中的微小机器人想象图*；（b）随着尺寸减小，单位体积 的表面积则越大*；（c）微米齿轮机构极易发生磨损产生碎 屑而失效
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03
润滑
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（a）中国海南省的一些少数民族仍然保留着钻木取火的 古老习俗；（b）存在了 4000 多年的 Djehoutyhotep 墓壁展现 古埃及文明对摩擦知识的应用
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摩擦认识进展
蒸汽机的应用，开始了工业革命，摩擦认识获得新的发展
超滑机制：氢离子诱导使得表面正电位和润滑剂分子能够与水分子形成 形 成氢键网络.
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超润滑
石墨烯
石墨烯不仅具有已知最高的面内抗拉伸刚度和强度，且面内碳原子与面外的 原子相互作用不是化学键，而是极弱的物理相互作用，即范德华（van der Waals） 力。
目录
摩擦对人类影响 摩擦认识进展
润滑
超润滑
类富勒烯碳薄膜应用
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01
摩擦对人类影响
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摩擦现象的分类特征
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04
超润滑
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超润滑
液体超滑
超滑测量装置
超滑图
磷酸超滑模型
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摩擦认识进展
人们很早就懂得利用摩擦解决问题。
传说1万多年前，燧人氏发明了钻木取火（通过摩擦生热取火），从而开启了华夏文 明。 古埃及人在没有任何机械辅助的情况下，是如何将几十米之巨大的石雕像运送到沙漠 中的金字塔附近的？ 对此，存在近4000 年的Djehoutyhotep墓壁，提供了重要线索：古 埃 及人将塑像放在木制沙舟上，由一群人拉着在沙地里滑行，而舟头所站之人， 正不 断将舟前的沙子淋湿，以降低摩擦。