主要內容

歷史回顧摩擦磨損與國民經濟

摩擦學學科概述摩擦學研究前沿及國內現狀1主要內容1摩擦學的發展前沿節能摩擦學節能摩擦學：通過摩擦學設計（如SG管）、潤滑、表面工程、摩擦材料等技術手段以降低摩擦和磨損引起的能量損失和材料消耗。摩擦學的節約作用:

摩擦學設計和潤滑技術是減少發動機潤滑區的摩擦損耗、提高發動機的能源經濟性的主要途徑。2摩擦學的發展前沿節能摩擦學2摩擦學的發展前沿汽車：機械損耗占內燃機總能耗的15％，而摩擦損耗占80％。發動機油使用摩擦改進劑，可節約燃料0.7～4.0％；齒輪油使用摩擦改進劑，可節約燃油1.0～6.0％。3摩擦學的發展前沿汽車：機械損耗占內燃機總能耗的15％，而摩擦摩擦學的發展前沿環境友好摩擦學環境友好摩擦學：研究生態系統中和對生態系統與環境產生影響的摩擦學問題及其防治的科學和技術。環境友好潤滑劑、無公害摩擦材料、降噪、減振、……4摩擦學的發展前沿環境友好摩擦學4摩擦學的發展前沿環境友好摩擦學----主要包括環境兼容潤滑劑、環境友好潤滑技術以及噪聲防治技術等歐盟每年銷售的450萬噸潤滑油的13%在無控制的狀態下進入環境，而泄露核事故導致的液壓油損失達8%。環境友好潤滑劑及添加劑必須具有生物可降解性、較小的生態毒性和毒性累計性。5摩擦學的發展前沿環境友好摩擦學----主要包括環境兼容潤滑劑摩擦學的發展前沿摩擦噪聲防治主要研究對環境產生噪聲污染嚴重的高頻尖嘯摩擦噪聲和摩擦副表面形貌對摩擦噪聲的影響。環境友好潤滑劑主要研究包括發動機潤滑油，農業、林業、食品加工、采礦等用潤滑油及其添加劑，液壓油等。研究新一代經濟性更好的高效、多功能綠色潤滑油，如高水基潤滑油HWBF（highwaterbasicfluid）取代傳統礦物基礎油，以減少環境污染。6摩擦學的發展前沿摩擦噪聲防治主要研究對環境產生噪聲污染嚴重的摩擦學的發展前沿研究潤滑劑的生物相容性，潤滑劑的生物可降解性，潤滑劑的化學組成、結構與生物相容性和生物可降解性的關系規律；潤滑劑及其添加劑對生態環境的影響；環境友好潤滑劑及其添加劑的設計制備與性能；潤滑劑的再制造、再循環和再利用；摩擦、磨損產生的聲、熱等的物理過程及在該過程中摩擦與聲、熱等的相互作用。（如鋼軌彎道磨損）7摩擦學的發展前沿7摩擦學的發展前沿微/納摩擦學微/納摩擦學：研究在微/納米尺度上的摩擦學基礎理論和技術，發展為MEMS（微電子器件）、微機械、計算機存儲系統等提供技術支撐的摩擦學設計、摩擦材料和表面工程。8摩擦學的發展前沿微/納摩擦學8摩擦學的發展前沿飛行高度<8nm控制精度<2nm表面粗糙度：磁頭Ra<0.1nm磁盤Ra<0.08nm波紋度<0.12nm磁頭表面保護膜厚度<2nm尋道精度:<0.125m磁存儲密度：100Gb/in2三維納米設計和加工納米級運動控制問題磁頭/磁盤制造中的科學技術問題亞微米級定位問題亞納米表面拋光與測量問題超薄膜的均勻生長問題9摩擦學的發展前沿飛行高度<8nm表面粗糙度：磁頭表面保護膜MEMS器件失效分類1、無相對運動的微構件

2、有相對運動，無碰撞、磨損的微構件3、有相對運動，相互碰撞的微構件4、有相對運動，相互碰撞、磨損的微構件顆粒污染物振動誘導的粘連失效顆粒污染物振動誘導的粘連機械疲勞顆粒污染物振動誘導的粘連自發粘連機械疲勞沖擊破壞顆粒污染物振動誘導的粘連自發粘連機械疲勞碰撞損傷，沖擊破壞，摩擦磨損DigitalMicromirrorDeviceMicro-gyroMicro-sensorNanotractor(2004)10MEMS器件失效分類1、無相對運動的微構件2、有相對運動，摩擦學的發展前沿極端工況摩擦學

研究發生在高溫、高壓、超高速、超高真空、低溫、強輻射等極端工況條件下的各種摩擦學問題。11摩擦學的發展前沿極端工況摩擦學11摩擦學的發展前沿如高真空下缺少氧化膜的潤滑作用，易發生冷焊；空間運載工具與飛行器的工作環境十分復雜，工況極其嚴酷，1960--2000年40年間，包括哥倫比亞航天飛機的空間運載工具和飛行器共發生了11起由于摩擦學問題引起的事故。12摩擦學的發展前沿如高真空下缺少氧化膜的潤滑作用，易發生冷焊；摩擦學的發展前沿極端溫度條件下（溫度低于-40℃與溫度超過1000℃）的摩擦學：太空飛行器與航空航天發動機等高技術領域關鍵裝備的技術“瓶頸”。在高溫與低溫條件下，各種材料的性能會發生顯著變化，因此解決摩擦副材料磨損與潤滑問題是目前世界各國研究的熱點。如：軟金屬作為太空軸承固體潤滑材料、陶瓷材料（陶瓷發動機）在高溫條件下的滑動摩擦學特性研究等。13摩擦學的發展前沿極端溫度條件下（溫度低于-40℃與溫度超過1應用背景——型號背景殲10蘇27直9和直11斯貝(FWS9)10APL系列飛豹航空用特種潤滑和密封材料與技術

14應用背景——型號背景殲10摩擦學的發展前沿極端氣氛環境條件下的摩擦學：如：槍膛和炮管等與彈頭形成的彈道/彈帶摩擦副。美國軍方專門研究武器發射系統的摩擦學問題以提高射擊精度、降低噪音、提高壽命。如炮管內壁的固體潤滑涂層。15摩擦學的發展前沿極端氣氛環境條件下的摩擦學：15摩擦學的發展前沿極端速度/載荷條件下的摩擦學：如：高速軸承dm·n值達1.0×106mm·r/min以上，傳統潤滑理論已完全不能指導這些軸承的設計與制造。如：精密塑性加工過程中，模具/工件之間的工作壓力大幅度提高，工件沿模具的塑性流動與二者的界面摩擦學狀態有密切關系。16摩擦學的發展前沿極端速度/載荷條件下的摩擦學：16摩擦學的發展前沿真空、微重力（失重）與強射線條件下的摩擦學：太空條件下，材料對摩擦學特性的要求產生根本性的變化，必須采用特種方式實現穩定的潤滑，相關的潤滑理論與潤滑材料選擇為各國的高度機密；17摩擦學的發展前沿真空、微重力（失重）與強射線條件下的摩擦學：摩擦學的發展前沿太空或各種核設施中，各種強射線對材料的性能穩定性將產生一定的影響，如何保證應用于射線條件下各種摩擦材料性能穩定性也是各國面臨的難題之一。如核燃料元件的包殼材料鋯合金的輻照損傷問題。18摩擦學的發展前沿太空或各種核設施中，各種強射線對材料的性能穩核電站19核電站19核電站20核電站20摩擦學的發展前沿多相共存條件下材料的摩擦學：汽輪機、水輪機等是關鍵的發電設備，其主要的摩擦學問題是（氣、固、液多相共存條件下）高速氣流、水流、粒子流造成的材料嚴重磨損導致的效率下降、穩定性破壞、機組不能正常運行甚至故障停機。氣、固、液多相共存條件下材料的摩擦學問題始終是國內外材料摩擦學研究的重點，特別是汽輪機葉片的多相流磨損問題。21摩擦學的發展前沿多相共存條件下材料的摩擦學：21摩擦學的發展前沿電－磁耦合作用條件下的摩擦學：導電摩擦副，例如鐵路接觸網導線/滑板、發電設備勵磁電機碳刷、各種高低壓開關與接觸器觸頭、航天用整流設備等，其共同特點為表面不但承受摩擦接觸，而且要通過電流，二者之間存在非常強的耦合作用。22摩擦學的發展前沿電－磁耦合作用條件下的摩擦學：22摩擦學的發展前沿23摩擦學的發展前沿23摩擦學的發展前沿對于磁場存在的摩擦副，特別是強磁場對磨損產物在摩擦面上的運動、潤滑系統的狀態都有非常明顯的作用。相關科學問題的解決將有利于提高我國磁懸浮列車應用可行性研究的可靠性。

24摩擦學的發展前沿對于磁場存在的摩擦副，特別是強磁場對磨損產物摩擦學的發展前沿生物摩擦學研究在生物體環境中有關生物體及其替代物的摩擦學問題，以及仿生材料的摩擦學行為。人體摩擦學、仿生摩擦學研究人體組織器官、人工組織器官及修復體摩擦學行為的科學，是摩擦學在生命與健康領域的學科分支

人類必須認清人體組織器官中的摩擦學現象及人體的特殊環境，用以指導人工組織器官的摩擦學設計。25摩擦學的發展前沿生物摩擦學25摩擦學的發展前沿人體摩擦學包含如下7個組成部分一、骨、關節系統摩擦學二、牙與口腔系統摩擦學三、心血管系統摩擦學四、眼系統摩擦學五、皮膚與毛發摩擦學六、體內軟組織摩擦學七、人體生物潤滑材料26摩擦學的發展前沿人體摩擦學包含如下7個組成部分一、骨、關節系人體摩擦學涉及范圍27人體摩擦學涉及范圍27皮膚與外界物體接觸界面的微氣候及濕度皮膚與外界物體接觸界面的擦動界面摩擦運動引起的皮膚組織反應：

破裂起泡角質化與起繭汗毛與汗腺的破壞皮膚摩擦學的三個要素28皮膚與外界物體接觸界面的微氣候及濕度皮膚摩擦學的三個要素28實例壽命短，患者年齡受限軟組織吸收，引發病變磨損顆粒被巨噬細胞吸收，導致骨溶解人工關節的磨損后果29實例壽命短，患者年齡受限軟組織吸收，引發病變磨實例針對摩損的研究之一——材料配副UHMWPE金屬——金屬陶瓷表面處理30實例針對摩損的研究之一——材料配副UHMWPE實例陶瓷-陶瓷人工關節31實例陶瓷-陶瓷人工關節31人工骨人工關節32人工骨人工關節32指關節假體肩關節假體腕關節假體肘關節假體踝關節假體大腳趾關節假體33指關節假體肩關節假體腕關節假體肘關節假體踝關節假體大腳趾關節義齒34義齒34實例人工心臟瓣膜35實例人工心臟瓣膜35實例人工心臟36實例人工心臟36實例人造血管及支架37實例人造血管及支架37實例人工肺

38實例人工肺3隱形眼鏡39隱形眼鏡39海洋生物表面結構及仿生減阻鯊魚皮表面形態Texturedsurfacesofsharkskin40海洋生物表面結構及仿生減阻鯊魚皮表面形態40仿鯊魚皮泳裝41仿鯊魚皮泳裝41我國摩擦學研究進展及成果

－獲得國家自然科學獎

納米薄膜潤滑理論與實驗：清華大學（溫詩鑄）2001年國家自然科學2等獎顆粒對電接觸可靠性影響及防護：北京郵電大學（章繼高）1993年國家自然科學3等獎微動磨損理論：西南交通大學（周仲榮）2006年國家自然科學2等獎42我國摩擦學研究進展及成果

－獲得國家自然科學獎

42我國摩擦學研究進展及成果

－獲得國家技術發明獎、國家科技進步獎

陳建敏航空用特種潤滑和密封材料與技術--2004年國家技術發明2等獎王家序水潤滑動密封復合材料軸承--2004年獲國家科技進步2等獎葛世榮礦井提升機的補償制動技術及相關安全裝置--2001年獲國家技術發明2等獎謝友柏旋轉機械轉子軸承系統摩擦學動力學設計理論與應用研究--1997年獲國家科技進步2等獎43我國摩擦學研究進展及成果

－獲得國家技術發明獎、國家科技進我國摩擦學研究進展及成果

－在國際上有較大影響的研究領域清華大學摩擦學國家重點實驗室：薄膜潤滑；納米摩擦學研究；中國科學院蘭州化物所固體潤滑國家重點實驗室：空間和特種材料固體潤滑理論與應用；西南交通大學牽引動力國家重點實驗室：輪軌波浪型磨損；接觸疲勞；微動磨損；吉林大學教育部仿生機械實驗室：生物脫附及減磨原理；地面機械脫附仿生理論與技術。44我國摩擦學研究進展及成果

－在國際上有較大影響的研究領域清Thanksforattention!45Thanksforattention!45主要內容

歷史回顧摩擦磨損與國民經濟

摩擦學學科概述摩擦學研究前沿及國內現狀46主要內容1摩擦學的發展前沿節能摩擦學節能摩擦學：通過摩擦學設計（如SG管）、潤滑、表面工程、摩擦材料等技術手段以降低摩擦和磨損引起的能量損失和材料消耗。摩擦學的節約作用:

摩擦學設計和潤滑技術是減少發動機潤滑區的摩擦損耗、提高發動機的能源經濟性的主要途徑。47摩擦學的發展前沿節能摩擦學2摩擦學的發展前沿汽車：機械損耗占內燃機總能耗的15％，而摩擦損耗占80％。發動機油使用摩擦改進劑，可節約燃料0.7～4.0％；齒輪油使用摩擦改進劑，可節約燃油1.0～6.0％。48摩擦學的發展前沿汽車：機械損耗占內燃機總能耗的15％，而摩擦摩擦學的發展前沿環境友好摩擦學環境友好摩擦學：研究生態系統中和對生態系統與環境產生影響的摩擦學問題及其防治的科學和技術。環境友好潤滑劑、無公害摩擦材料、降噪、減振、……49摩擦學的發展前沿環境友好摩擦學4摩擦學的發展前沿環境友好摩擦學----主要包括環境兼容潤滑劑、環境友好潤滑技術以及噪聲防治技術等歐盟每年銷售的450萬噸潤滑油的13%在無控制的狀態下進入環境，而泄露核事故導致的液壓油損失達8%。環境友好潤滑劑及添加劑必須具有生物可降解性、較小的生態毒性和毒性累計性。50摩擦學的發展前沿環境友好摩擦學----主要包括環境兼容潤滑劑摩擦學的發展前沿摩擦噪聲防治主要研究對環境產生噪聲污染嚴重的高頻尖嘯摩擦噪聲和摩擦副表面形貌對摩擦噪聲的影響。環境友好潤滑劑主要研究包括發動機潤滑油，農業、林業、食品加工、采礦等用潤滑油及其添加劑，液壓油等。研究新一代經濟性更好的高效、多功能綠色潤滑油，如高水基潤滑油HWBF（highwaterbasicfluid）取代傳統礦物基礎油，以減少環境污染。51摩擦學的發展前沿摩擦噪聲防治主要研究對環境產生噪聲污染嚴重的摩擦學的發展前沿研究潤滑劑的生物相容性，潤滑劑的生物可降解性，潤滑劑的化學組成、結構與生物相容性和生物可降解性的關系規律；潤滑劑及其添加劑對生態環境的影響；環境友好潤滑劑及其添加劑的設計制備與性能；潤滑劑的再制造、再循環和再利用；摩擦、磨損產生的聲、熱等的物理過程及在該過程中摩擦與聲、熱等的相互作用。（如鋼軌彎道磨損）52摩擦學的發展前沿7摩擦學的發展前沿微/納摩擦學微/納摩擦學：研究在微/納米尺度上的摩擦學基礎理論和技術，發展為MEMS（微電子器件）、微機械、計算機存儲系統等提供技術支撐的摩擦學設計、摩擦材料和表面工程。53摩擦學的發展前沿微/納摩擦學8摩擦學的發展前沿飛行高度<8nm控制精度<2nm表面粗糙度：磁頭Ra<0.1nm磁盤Ra<0.08nm波紋度<0.12nm磁頭表面保護膜厚度<2nm尋道精度:<0.125m磁存儲密度：100Gb/in2三維納米設計和加工納米級運動控制問題磁頭/磁盤制造中的科學技術問題亞微米級定位問題亞納米表面拋光與測量問題超薄膜的均勻生長問題54摩擦學的發展前沿飛行高度<8nm表面粗糙度：磁頭表面保護膜MEMS器件失效分類1、無相對運動的微構件

2、有相對運動，無碰撞、磨損的微構件3、有相對運動，相互碰撞的微構件4、有相對運動，相互碰撞、磨損的微構件顆粒污染物振動誘導的粘連失效顆粒污染物振動誘導的粘連機械疲勞顆粒污染物振動誘導的粘連自發粘連機械疲勞沖擊破壞顆粒污染物振動誘導的粘連自發粘連機械疲勞碰撞損傷，沖擊破壞，摩擦磨損DigitalMicromirrorDeviceMicro-gyroMicro-sensorNanotractor(2004)55MEMS器件失效分類1、無相對運動的微構件2、有相對運動，摩擦學的發展前沿極端工況摩擦學

研究發生在高溫、高壓、超高速、超高真空、低溫、強輻射等極端工況條件下的各種摩擦學問題。56摩擦學的發展前沿極端工況摩擦學11摩擦學的發展前沿如高真空下缺少氧化膜的潤滑作用，易發生冷焊；空間運載工具與飛行器的工作環境十分復雜，工況極其嚴酷，1960--2000年40年間，包括哥倫比亞航天飛機的空間運載工具和飛行器共發生了11起由于摩擦學問題引起的事故。57摩擦學的發展前沿如高真空下缺少氧化膜的潤滑作用，易發生冷焊；摩擦學的發展前沿極端溫度條件下（溫度低于-40℃與溫度超過1000℃）的摩擦學：太空飛行器與航空航天發動機等高技術領域關鍵裝備的技術“瓶頸”。在高溫與低溫條件下，各種材料的性能會發生顯著變化，因此解決摩擦副材料磨損與潤滑問題是目前世界各國研究的熱點。如：軟金屬作為太空軸承固體潤滑材料、陶瓷材料（陶瓷發動機）在高溫條件下的滑動摩擦學特性研究等。58摩擦學的發展前沿極端溫度條件下（溫度低于-40℃與溫度超過1應用背景——型號背景殲10蘇27直9和直11斯貝(FWS9)10APL系列飛豹航空用特種潤滑和密封材料與技術

59應用背景——型號背景殲10摩擦學的發展前沿極端氣氛環境條件下的摩擦學：如：槍膛和炮管等與彈頭形成的彈道/彈帶摩擦副。美國軍方專門研究武器發射系統的摩擦學問題以提高射擊精度、降低噪音、提高壽命。如炮管內壁的固體潤滑涂層。60摩擦學的發展前沿極端氣氛環境條件下的摩擦學：15摩擦學的發展前沿極端速度/載荷條件下的摩擦學：如：高速軸承dm·n值達1.0×106mm·r/min以上，傳統潤滑理論已完全不能指導這些軸承的設計與制造。如：精密塑性加工過程中，模具/工件之間的工作壓力大幅度提高，工件沿模具的塑性流動與二者的界面摩擦學狀態有密切關系。61摩擦學的發展前沿極端速度/載荷條件下的摩擦學：16摩擦學的發展前沿真空、微重力（失重）與強射線條件下的摩擦學：太空條件下，材料對摩擦學特性的要求產生根本性的變化，必須采用特種方式實現穩定的潤滑，相關的潤滑理論與潤滑材料選擇為各國的高度機密；62摩擦學的發展前沿真空、微重力（失重）與強射線條件下的摩擦學：摩擦學的發展前沿太空或各種核設施中，各種強射線對材料的性能穩定性將產生一定的影響，如何保證應用于射線條件下各種摩擦材料性能穩定性也是各國面臨的難題之一。如核燃料元件的包殼材料鋯合金的輻照損傷問題。63摩擦學的發展前沿太空或各種核設施中，各種強射線對材料的性能穩核電站64核電站19核電站65核電站20摩擦學的發展前沿多相共存條件下材料的摩擦學：汽輪機、水輪機等是關鍵的發電設備，其主要的摩擦學問題是（氣、固、液多相共存條件下）高速氣流、水流、粒子流造成的材料嚴重磨損導致的效率下降、穩定性破壞、機組不能正常運行甚至故障停機。氣、固、液多相共存條件下材料的摩擦學問題始終是國內外材料摩擦學研究的重點，特別是汽輪機葉片的多相流磨損問題。66摩擦學的發展前沿多相共存條件下材料的摩擦學：21摩擦學的發展前沿電－磁耦合作用條件下的摩擦學：導電摩擦副，例如鐵路接觸網導線/滑板、發電設備勵磁電機碳刷、各種高低壓開關與接觸器觸頭、航天用整流設備等，其共同特點為表面不但承受摩擦接觸，而且要通過電流，二者之間存在非常強的耦合作用。67摩擦學的發展前沿電－磁耦合作用條件下的摩擦學：22摩擦學的發展前沿68摩擦學的發展前沿23摩擦學的發展前沿對于磁場存在的摩擦副，特別是強磁場對磨損產物在摩擦面上的運動、潤滑系統的狀態都有非常明顯的作用。相關科學問題的解決將有利于提高我國磁懸浮列車應用可行性研究的可靠性。

69摩擦學的發展前沿對于磁場存在的摩擦副，特別是強磁場對磨損產物摩擦學的發展前沿生物摩擦學研究在生物體環境中有關生物體及其替代物的摩擦學問題，以及仿生材料的摩擦學行為。人體摩擦學、仿生摩擦學研究人體組織器官、人工組織器官及修復體摩擦學行為的科學，是摩擦學在生命與健康領域的學科分支

人類必須認清人體組織器官中的摩擦學現象及人體的特殊環境，用以指導人工組織器官的摩擦學設計。70摩擦學的發展前沿生物摩擦學25摩擦學的發展前沿人體摩擦學包含如下7個組成部分一、骨、關節系統摩擦學二、牙與口腔系統摩擦學三、心血管系統摩擦學四、眼系統摩擦學五、皮膚與毛發摩擦學六、體內軟組織摩擦學七、人體生物潤滑材料71摩擦學的發展前沿人體摩擦學包含如下7個組成部分一、骨、關節系人體摩擦學涉及范圍72人體摩擦學涉及范圍27皮膚與外界物體接觸界面的微氣候及濕度皮膚與外界物體接觸界面的擦動界面摩擦運動引起的皮膚組織反應：

破裂起泡角質化與起繭汗毛與汗腺的破壞皮膚摩擦學的三個要素73皮膚與外界物體接觸界面的微氣候及濕度皮膚摩擦學的三個要素28實例壽命短，患者年齡受限軟組織吸收，引發病變磨損顆粒被巨噬細胞吸收，導致骨溶解人工關節的磨損后果74實例壽命短，患者年齡受限軟組織吸收，引發病變磨實例針對摩損的研究之一——材料配副UHMWPE金屬——金屬陶瓷表面處理75實例針對摩損的研究之一——材料配副UHMWPE實例陶瓷-陶瓷人工關節76實例陶瓷-陶瓷人工關節31人工骨人工關節77人工骨人工關節32指關節假體肩關節假體腕關節假體肘關節假體踝關節假體大腳趾關節假體78指關節假體肩關節假體腕關節假體肘關節假體踝關節假體大腳趾關節義齒79義齒34實例人工心臟瓣膜80實