世纪回顾与展望——摩擦学研究的发展趋势

第硒卷第６期２０Ｏ０年６居

机械工程学报

ＣＨＩＮ｝ｃＳＥＪ０Ｌ１ｆ｛ＮＡＬ０ＦＭＥＣ｝｛ＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ

Ⅵ，ｌ，３６Ｍ・６

Ｊｕ【ｌ，２０００

世纪回顾与展望——摩擦学研究的发展趋势

漫诗铸

（清华大学黪擦学国家重点实验室北京１０００｛；４）

摘要在强籁牵攘擘发展嚣变瓣基础土，憨络驽｛罄纪国年代鞋寒，在鬻攘学主要磷究鹱蠛龟臻涟箨澜瓣、越辩密损与表面处理技术、纳米摩擦学等的发展现状和展盟。分析了相关学科的发展和学科交叉对摩擦学研究的推动作用，并彳卜绍了摩擦学与其他学科交叉领域如摩擦化学、生物摩擦学，生态摩擦学和微机械学等的发展概况和趋势。簸谲：藏搭漏精嚣鹋瘗援缝拳牵攘学瘴攘纯掌生态牵攘掌

中国分类鼍：ＴＨｌｌ７．】

０前言

章擦学作为一门实践性稂强的技术基础科举，它的形成和发展与社会生产要求和科学技术的进步密键挺关：戮燕耍摩攘学豹发爱爨变，宅经历了霓个不同的历史阶段和研究模式一

早期的摩擦学研究以１８世纪ｍ”ｏｎｔ。ｎｓｊ｝ｎｃ蕊。曲靖篱俸摩擦的疆究为代表，佳们通过太量的试验归纳出滑动摩擦的变化规律和经典公式。这…时期的特点鼹以试验为基础的经验譬｝究攒式。

１９世纪束．Ｒｅｖｎｏｌｄｓ¨３根据牯性流体力学揭示出滑动轴承中润滑膜的承载机壤．建立了表征流体海游貘力学褥性题Ｒｅ￥ｍ韬ｓ方程，羹定ｒ滚漆懑、簿的理论基础．从而开创ｒ基于连续介质力学的研究模式：到了２０世纪２０年代以后，由于生产发展的需婺牵擦学豹研究领域得繇遘一步§。夭。其中，｝ｂ州、－２提出依靠润滑油的极性分子与金属表面的物理化学馋照露形戏吸瞻骥的边界澜涛理论；Ｔ０“ｉｒ峙ｏｎｏ从分子运动鲰度解释固体滑动过程的能量转换和摩擦起因，特别是Ｂｏｗｄ。ｎ和Ｔａｂｏｒ【４ｏ建立了疆链羞效疲为基穗翁牵擦瘗撰理论等。这鳖骚究不仅扩展了摩擦学的范畴，而且促使它发展成为涉及力学、热处理、材料科学和物理化学等的边缘学科．瓿此开创了多学科综合研究的模式。

１９６５年奠国教育科学研究部发表《关于摩擦学教凳鞠殴究缀蠹》《通豢嚣麦赫｝摄告），善敬提窭ｂｈｍｏ∞（摩擦学）一词简要地定必为“关于摩擦过程的科学”。此后，它作为一门独立的学科爱到世界备国普德重甏，鼙攘学瑾论与痘鬻繇究迸Ａ了一个耨

习篙瞄。６驻曩秘臻弱８｝赣。隧著研究翁深走开麓，久们试识到为了确效地发挥摩擦学在生产中的潜在效益．＿在研究模菰｝的发展趋势蟪是出宏观进入激理，出怒性进入建量，由静态遥＾动态．由单一学科的分析进人多掌利的综合研究“。

ｌ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麓础上，形成了一点簿握搬槭、奉砉糕秘毙学等甥关知识夔专建戮究麸螽，确利于对摩擦学现象进行多学科综合研究，推动了霹擦学机理研究的深入发展。

（２）鸯予攀攘学专韭教育酌发震程箱谖善及，彩及摩擦学本身具有的实践性很强的特点，当今工ｍ界商大量的］二程科技人员结合工程实跨开展研究，促使摩擦学斑甬研究取得巨大的经济教撬。

（３）随着理论与应用的不断完善，摩擦学研究槎式开始麸戮努辑摩擦学褒象为主逐步自整分羲与羲制相结合．甚趸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憾稻敬造逐步邂Ａ褫禳产品静氆麟设计镁域。

２０世纪６０年代以后，相关科学技术特别是ｔ｛算搬科学、撼嚣｝科学秘续岽秘技的发羼避摩擦学醪究藏着重要的推动作用，主要表现在以下几个方耐１．１流体润滑理论

敷鼗篷瓣为基穑翁弹往藏体动力溺漆ｔ篱称鹑流润滑）理论的建立魁润滑理论的重大发展。现”计算机科学瓤数值分柝技术的迅猛发展，对于诲霪复杂的摩擦学现象都可能进行精确的定艇计算ｉ静如，谯流体润滑研究中采用数值分析方法，已经建益ｆ努蹙考惑肇攘表蘑撵性髟变、热教瘦、裘覆彩襞润滑膜流变陆能以及非稳态工况等实际因素影响，

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机械工程学报第３６卷第６期

甚至于诸多因索综合影响的润滑璎沧汹ｊ，为机械零件的润滑设计提供了更细符台实际的理论基础。今后的旺务是将澜清理论有效迪应用予工程设计，其中对于禁些机械零件诸如齿轮蜗轮传动的实际接触情况复杂．１二缛中溺滑参数又不断变纯，它们的润滑设计还需要进一步宪藩ｌ’ｌ。

提台润漆莲实踞搬攮中存在的摄为罄遍瓣又最为复袭熬状态。琏蓊徽理弹浚澜懑秘耀燧表露润潞数擅模拟疆突黝发展…，婕穆建立宠簧鲍混台澜滑理论劳应塌手工程设计成巍霹链。混螽澜潜熬特垂至之一是辫穗塞援过程，雕润潜≮磨撰静埚食。今后，在避…步完善粪实糍糙表蠹｝满滑暂为游楱缀计蘑麓基础上，薪翡戮究强据霹嶷在于揭承黪攘避器中澜淆税籀与其袍过程如热效应，接懿形态器潦损瑷象的交望作用鞠辐夏影响。对予这一方‘瑟的掰究．ｉ辛算矾数值筷ｊ！娄ｌ仍然怒大有可为的。

现代机械的运行速度和载荷不断掇商，使得润滑骥的剪切攀翻蕊力疆蕴增大。同时．为改善润淆油性能、通常饕添加大羹的由商分子他合物组成的添加荆．以及箕他娄餮润滑荆的应糟，这都造成润瀚膜强烈自§Ｉ＃牛顿盼为，并成为影响润滑设计的不可忽视的因素，为此，人们根据试验测量提出了多袖类型的溜潞骥浚变攘裂及其本均方程，嬲时逐揭承出赢蜃固她、剪切稀化。楣变手Ⅱ极限切应力等一系列耋要黔镪褒掺性爱其霹澜瀑行为妁影嫡。

近年亲，基予粘塑性期犍弹性浚变模型的润港瑾沦络到较大静发疆。根据糕塑性瀛辫理论分叛１＋校隈镯应力对手溺｛孬骥豹作塌，褥囊在巍势切率下盎予润滑筷疆Ｓ＆程溺辫骥洳嚣或弊霹上趱理瀑移避瓶丧交了承载能力，９。在稿弹性流体澜淆繇究串，根据瀚簿表蕊的爱形情况。揭示高裘褥产生藉损的条件・”＝赢当指出，流变润滑研究逄需簧避行深Ａ的瑗论分桁和太蘩的试验骈究：首先，逡今骈罐出的流变模型太多艇根据特定的润滑材料和３：况褥岛的．闲而适用范围局限，而本构方程中的流变参数还缺乏准确的实验数据二现有的本翰方程大都聚用简单的代数式，近来肖人试图用更复杂的微分式来表狂澜潦膜豹滚变行为。此外，嚣孛朔流搏濑滑的数埴分辑也逐不尽究簧。

粥年代劫提出豹薄膜润游牧悫是濑瓣孵究的舞领域：糯％耐”撂爨，垂予润潜浚汁秘瓣王技术黪琴辑完善。漉髂强潜貘灼蓐凄ｇ盏减小、，髓总结出澜潜骥浮数量缀懿变讫蔻磐为：在２０毽纪钧，嚣遥辫韵辅黎翡最，｜、黢琴遥露在１０～ｌ∞瑚ｔ莲强；到了５０年代，稳态滑动轴承的膜瘁为ｌＯ∞；需８０年代肉燃梳辩动辅承酌致，ｊ、簇簿减夺舞ｌ一抡￡一，对于齿轮、滚动轴承等弹性流体动力澜滑簇豹厚菠雯小，为ｏ＋Ｉ—ｔ．０｝一；发展翻９０年代，低弹性模囊表面葳磁记录装置澜滑鞋及塑性漉律动力润滑的膜群则介ｆＯ０ｌ一０．１０ｍ甚至０．００ｌ“ｍ（郎ｌｎｍ）数量缀，这种润潸状态通常投称为薄膜润滑。

Ｓｐｉｋｅｓ等㈦以及作者领导的研究组ｕ８ｔ采粥不喻的光于涉技术对点接触酗的纳米璧级润滑薄膜的蝼熊进行了系统的试验研究。研究指出，以皱米膜蓐为特｛芷的薄膜润滑是介于弹流润滑与边界润澍之阉静状态。逶棠童是为，弹漉润漪以皴性流体膜为姆艇。它股从建续穷质力学的规律，磷边界润滑姒润滑露１分子蠢痔撵刊的墩辫摸为特诬。默表露物理化学为磷宠纂础。显然，作为中间状态的薄膜润滑蘧有流体壤和啜辫貘麴特点，溺褥澜瀑枫理复杂。

醋薅薄璇澜辫麓究海娃予超步阶段，摇理论秘斑篇上帮将曛为今嚣润辫蕊究的蕤镶域。鸯关薄膜漓滑的形成橇理稻结构特征，色据在表爵能律硝下润滑簇分子青序傀及萁彰嗡、貘琴与润潜裁穆壤性畿的相关性瞄及瀚滑状悉转换等问麓都黼要通过泼骏研究避一步考察。在数值模季蠡方甏，逆鬻要建立符合纳洙润滑膜舔掏特点的物理筷型与计算方法，以适应工程应用申薄膜润滑设计的需要。经典连续介藤力学的基本锻设是孛窟料其有连续分布的密度，所有的守恒定律对于材料内部任～部分均成立，而经…点的状态仅与凌点无限小的邻域有关，因此在豢孝料的拳构关系中不出现特Ｉｆ疋长度，即不考虑材料内部鲍微观结均。如果所研究对象的特蜒尺寸远大予褥料如帮终构的特程足寸，经典连续奔臻力学姆艇商效静。然露＋在薄膜澳辫状态下，涸瓣膜极游饺包禽十筑个或凡中个润游帮分子尺寸，＿薅整势予瓣列誊彦。鼗然，对予薄膜润滑状恋，当今浚体润滠理论纂予连续分委力学静分析方法不尽适瘸，需簦建霞…稀新懿考虑润辫簇跨罄微缝橡致其漉变特性的遵论。

１．２材料磨损与袭面豁理技术

由于摩颓是税城设备豁主要失效形式之～，它所造成的经济损失十分巨大。根据我冒８０年代不宠垒统计，谯冶金矿ｉｊｊ、农监机械、煤炭、电力和建筑材料五个工业部门每年仅用于瞎料磨损而需要补充的蠢搏达｛∞万ｌ铟妻于；叉如，约∞％的农业机具备搏鼹建予愿科磨损造成∞，约３０％的锅炉镪管阁腐蚀襄擐蔼失效“…。因此，关于材料磨损＃Ｌ理及键离瓣壤性麴瓣宠受到摩擦学器的广４泛燕援ｊ

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