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doi: 10.16078/j.tribology.2019056
摘要:
牙齿表面磨损一般通过显微镜进行形貌图像表征分析，而数值化分析牙齿表面磨损形貌的工作相对较少. 本研究中通过白光共聚焦显微镜，Solarmap Universal 软件和Tooth-Frax软件对牙齿咬合前后表面磨损形貌进行数值化分析，建立磨损前后表面尺度敏感曲线. 结果显示：牙齿表面磨损形貌可以通过轮廓分形分析法建立相应的表面尺度敏感曲线，形成表面磨损尺度敏感数字信号. 本工作的主要目的是寻求通过表面磨损数值化分析为研发牙齿磨损动态监测设备提供理论基础和技术支撑.
牙齿表面磨损一般通过显微镜进行形貌图像表征分析，而数值化分析牙齿表面磨损形貌的工作相对较少. 本研究中通过白光共聚焦显微镜，Solarmap Universal 软件和Tooth-Frax软件对牙齿咬合前后表面磨损形貌进行数值化分析，建立磨损前后表面尺度敏感曲线. 结果显示：牙齿表面磨损形貌可以通过轮廓分形分析法建立相应的表面尺度敏感曲线，形成表面磨损尺度敏感数字信号. 本工作的主要目的是寻求通过表面磨损数值化分析为研发牙齿磨损动态监测设备提供理论基础和技术支撑.
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doi: 10.16078/j.tribology.2019076
摘要:
In this study, the adamantyl poly 3-sulfopropyl methacrylate potassium was successfully assembled onto the surface of cyclodextrin through the supramolecular host-guest recognition. The micro-topography, chemical composition, thickness and wettability of surface were detected to confirm the successful recognition and assembly. The frictional experiment of hydrophilic supramolecular substrate was implemented by reciprocating friction testing machine. The friction results showed an ultralow friction coefficient after assembling hydrophilic polymer ended with guest molecule under low load condition, but the friction coefficient became high under high load condition because the hydrophilic polymer may be sheared off from the supramolecular interface. More importantly, the surface not only owned ultralow friction coefficient but showed recoverability when friction failed under high load because of the non-covalent interaction between the guest and host groups.
In this study, the adamantyl poly 3-sulfopropyl methacrylate potassium was successfully assembled onto the surface of cyclodextrin through the supramolecular host-guest recognition. The micro-topography, chemical composition, thickness and wettability of surface were detected to confirm the successful recognition and assembly. The frictional experiment of hydrophilic supramolecular substrate was implemented by reciprocating friction testing machine. The friction results showed an ultralow friction coefficient after assembling hydrophilic polymer ended with guest molecule under low load condition, but the friction coefficient became high under high load condition because the hydrophilic polymer may be sheared off from the supramolecular interface. More importantly, the surface not only owned ultralow friction coefficient but showed recoverability when friction failed under high load because of the non-covalent interaction between the guest and host groups.
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doi: 10.16078/j.tribology.2019016
摘要:
基于计入惯性项的Navier-Stokes方程和连续性方程，建立了计入油膜惯性作用的椭圆接触弹性流体润滑模型，研究了油膜惯性对椭圆接触弹流润滑性能的影响. 弹性变形通过快速傅里叶变换(FFT)计算，而油膜压力通过复合直接迭代法求解. 数值结果表明：在计入油膜惯性作用后，润滑膜的二次压力峰增大，入口区的油膜速度减小，且逆流区范围扩大；考虑油膜惯性作用后油膜厚度有所增大，当载荷从300 N增加到700 N时，中心膜厚最大增加了5.14%. 试验结果也表明，考虑油膜惯性作用后的中心膜厚数值解与试验结果更加接近.
基于计入惯性项的Navier-Stokes方程和连续性方程，建立了计入油膜惯性作用的椭圆接触弹性流体润滑模型，研究了油膜惯性对椭圆接触弹流润滑性能的影响. 弹性变形通过快速傅里叶变换(FFT)计算，而油膜压力通过复合直接迭代法求解. 数值结果表明：在计入油膜惯性作用后，润滑膜的二次压力峰增大，入口区的油膜速度减小，且逆流区范围扩大；考虑油膜惯性作用后油膜厚度有所增大，当载荷从300 N增加到700 N时，中心膜厚最大增加了5.14%. 试验结果也表明，考虑油膜惯性作用后的中心膜厚数值解与试验结果更加接近.
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doi: 10.16078/j.tribology.2019021
摘要:
利用Rockwell C金刚石压头对铜、聚碳酸酯、熔融石英和钠钙硅玻璃四种材料进行了微米划痕测试，这是国内首次利用划痕方法测量材料的断裂韧性. 研究表明：在划痕深度较浅时，必须要考虑压头顶端的球体区域，考虑和未考虑压头顶端球体区域时的压头形函数差别较大；考虑压头顶端的球体区域后，采用线弹性断裂力学(LEFM)模型评估断裂韧性的结果和能量尺寸效应(SEL)模型的计算结果接近，与单边切口梁(SENB)法、山形切口梁(CNB)法或压痕断裂(IF)法评估的断裂韧性相吻合，而未考虑压头顶端球体区域时计算断裂韧性的结果偏大；采用SEL模型评估断裂韧性时，按照投影接触面积等效的压头半顶角评估的断裂韧性相对按照周长等效的压头半顶角评估的断裂韧性误差更小，与LEFM模型的评估结果更接近.
利用Rockwell C金刚石压头对铜、聚碳酸酯、熔融石英和钠钙硅玻璃四种材料进行了微米划痕测试，这是国内首次利用划痕方法测量材料的断裂韧性. 研究表明：在划痕深度较浅时，必须要考虑压头顶端的球体区域，考虑和未考虑压头顶端球体区域时的压头形函数差别较大；考虑压头顶端的球体区域后，采用线弹性断裂力学(LEFM)模型评估断裂韧性的结果和能量尺寸效应(SEL)模型的计算结果接近，与单边切口梁(SENB)法、山形切口梁(CNB)法或压痕断裂(IF)法评估的断裂韧性相吻合，而未考虑压头顶端球体区域时计算断裂韧性的结果偏大；采用SEL模型评估断裂韧性时，按照投影接触面积等效的压头半顶角评估的断裂韧性相对按照周长等效的压头半顶角评估的断裂韧性误差更小，与LEFM模型的评估结果更接近.
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doi: 10.16078/j.tribology.2019068
摘要:
为实现铜基复合材料性能的有效调控，采用激光选区熔化成形制备了单元尺寸分别为5.00、3.75、2.75、1.75和0.75 mm的18Ni300空间结构增强体，然后在挤压铸造条件获得了具有不同增强体分布的18Ni300空间结构增强铜基复合材料. 研究了复合材料的微观组织、硬度、摩擦磨损性能和磨损表面形貌. 结果表明：随着空间结构单元尺寸的减小，复合材料增强体体积分数不断增加，硬度和耐磨性提高. 结构单元尺寸为0.75 mm时，复合材料增强体体积分数为13.35%，硬度达到HBW120，为铜基体硬度的1.71倍；载荷40 N、线速度0.75 m/s、磨损时间25 min 条件下的体积磨损量为35.4 mm3，比铜基体磨损量降低58%. 由于增强体的作用，复合材料的磨损机制由纯铜的黏着磨损转变为磨粒磨损.
为实现铜基复合材料性能的有效调控，采用激光选区熔化成形制备了单元尺寸分别为5.00、3.75、2.75、1.75和0.75 mm的18Ni300空间结构增强体，然后在挤压铸造条件获得了具有不同增强体分布的18Ni300空间结构增强铜基复合材料. 研究了复合材料的微观组织、硬度、摩擦磨损性能和磨损表面形貌. 结果表明：随着空间结构单元尺寸的减小，复合材料增强体体积分数不断增加，硬度和耐磨性提高. 结构单元尺寸为0.75 mm时，复合材料增强体体积分数为13.35%，硬度达到HBW120，为铜基体硬度的1.71倍；载荷40 N、线速度0.75 m/s、磨损时间25 min 条件下的体积磨损量为35.4 mm3，比铜基体磨损量降低58%. 由于增强体的作用，复合材料的磨损机制由纯铜的黏着磨损转变为磨粒磨损.
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doi: 10.16078/j.tribology.2019003
摘要:
配置了不同质量分数的质子型离子液体二乙醇胺月桂酸(Bis[(2-hydroxyethyl)ammonium] lauric，BOEAL)水溶液，使用MRS-10A摩擦试验仪、NGY-6型纳米膜厚测量仪、接触角测量仪，对BOEAL水溶液的减摩抗磨性能、极压性能、成膜性能和润湿性等进行试验研究，并用3D共聚焦表面形貌仪和XPS对摩擦磨损机制进行了分析. 结果表明: 质量分数为5%的BOEAL水溶液最大无卡咬负荷在834~883 N之间，相比纯水(98 N)有较大的提高，即BOEAL可作为水基润滑液的极压添加剂. BOEAL的加入显著提高了纯水的成膜能力以及在钢-钢摩擦副表面的润湿性能. 分析原因是BOEAL中的极性基团可以在金属表面形成致密的化学吸附膜或物理吸附膜，从而使得金属摩擦副的摩擦系数降低，抗磨效果提高，同时由于BOEAL分子极性较强，低质量分数的BOEAL水溶液在不锈钢表面就表现出良好的摩擦学性能.
配置了不同质量分数的质子型离子液体二乙醇胺月桂酸(Bis[(2-hydroxyethyl)ammonium] lauric，BOEAL)水溶液，使用MRS-10A摩擦试验仪、NGY-6型纳米膜厚测量仪、接触角测量仪，对BOEAL水溶液的减摩抗磨性能、极压性能、成膜性能和润湿性等进行试验研究，并用3D共聚焦表面形貌仪和XPS对摩擦磨损机制进行了分析. 结果表明: 质量分数为5%的BOEAL水溶液最大无卡咬负荷在834~883 N之间，相比纯水(98 N)有较大的提高，即BOEAL可作为水基润滑液的极压添加剂. BOEAL的加入显著提高了纯水的成膜能力以及在钢-钢摩擦副表面的润湿性能. 分析原因是BOEAL中的极性基团可以在金属表面形成致密的化学吸附膜或物理吸附膜，从而使得金属摩擦副的摩擦系数降低，抗磨效果提高，同时由于BOEAL分子极性较强，低质量分数的BOEAL水溶液在不锈钢表面就表现出良好的摩擦学性能.
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doi: 10.16078/j.tribology.2019025
摘要:
电接触材料在生活生产应用中发挥着重要的作用，但其面临着较为复杂的摩擦磨损问题，因此对电接触材料的研究至关重要. 文章从摩擦学角度出发，综述了当前几种常见的铜基、银基和金基电接触材料的特点以及存在的问题，分析了不同接触载荷、电流和滑动速度等条件下电接触材料的载流摩擦学行为、载流摩擦磨损机制、计算模拟研究以及当前还存在的问题. 提出未来应发展石墨烯等性能优异的新型电接触材料以及加强对多因素耦合作用下电接触体系的摩擦磨损行为和失效机制的研究，这将为未来电接触材料摩擦学的研究发展提供一定的参考价值.
电接触材料在生活生产应用中发挥着重要的作用，但其面临着较为复杂的摩擦磨损问题，因此对电接触材料的研究至关重要. 文章从摩擦学角度出发，综述了当前几种常见的铜基、银基和金基电接触材料的特点以及存在的问题，分析了不同接触载荷、电流和滑动速度等条件下电接触材料的载流摩擦学行为、载流摩擦磨损机制、计算模拟研究以及当前还存在的问题. 提出未来应发展石墨烯等性能优异的新型电接触材料以及加强对多因素耦合作用下电接触体系的摩擦磨损行为和失效机制的研究，这将为未来电接触材料摩擦学的研究发展提供一定的参考价值.
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doi: 10.16078/j.tribology.2019057
摘要:
以硼硅酸盐玻璃球为对摩副，在摩擦磨损试验机上研究了干燥气氛下滑动速度和载荷对钠钙玻璃表面磨损性能的影响规律与作用机理. 研究发现，随着滑动速度从0.25 mm/s逐渐增大到8 mm/s，钠钙玻璃在高载下(2 N)的稳态摩擦系数略微降低，当载荷降低为1 N时，速度对钠钙玻璃摩擦系数的影响并不明显. 随着滑动速度的增加，钠钙玻璃表面的磨损深度和磨损体积逐渐增加，钠钙玻璃在低载下(1 N)的磨损体积增大了21.5倍，而在高载下(2 N)的磨损体积增大了12.5倍. 低速时，钠钙玻璃接触界面温升较小，磨损机理以磨粒磨损和黏着磨损为主，并伴有少量脆性剥落. 随着速度的增加，磨屑逐渐转移到对摩副pyrex球表面并参与到磨损过程，钠钙玻璃的磨损机理转变为黏着磨损和犁沟去除. 相对于高载而言，低载下滑动速度对钠钙玻璃材料去除的影响更为显著，这是由于随着速度的增加，低载下玻璃界面的温升增长率大于高载下.
以硼硅酸盐玻璃球为对摩副，在摩擦磨损试验机上研究了干燥气氛下滑动速度和载荷对钠钙玻璃表面磨损性能的影响规律与作用机理. 研究发现，随着滑动速度从0.25 mm/s逐渐增大到8 mm/s，钠钙玻璃在高载下(2 N)的稳态摩擦系数略微降低，当载荷降低为1 N时，速度对钠钙玻璃摩擦系数的影响并不明显. 随着滑动速度的增加，钠钙玻璃表面的磨损深度和磨损体积逐渐增加，钠钙玻璃在低载下(1 N)的磨损体积增大了21.5倍，而在高载下(2 N)的磨损体积增大了12.5倍. 低速时，钠钙玻璃接触界面温升较小，磨损机理以磨粒磨损和黏着磨损为主，并伴有少量脆性剥落. 随着速度的增加，磨屑逐渐转移到对摩副pyrex球表面并参与到磨损过程，钠钙玻璃的磨损机理转变为黏着磨损和犁沟去除. 相对于高载而言，低载下滑动速度对钠钙玻璃材料去除的影响更为显著，这是由于随着速度的增加，低载下玻璃界面的温升增长率大于高载下.
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doi: 10.16078/j.tribology.2019004
摘要:
为研究粗糙度效应对机械密封织构化端面承载能力、摩擦学特性以及密封性能的影响，基于有限元法建立了机械密封的混合润滑模型，针对确定性非高斯随机分布粗糙表面，考虑润滑液膜的宏微观空化作用和粗糙峰的接触，研究了圆孔型织构化机械密封的摩擦学性能和密封性能. 结果表明：平衡状态下处于全膜润滑区间的非高斯型粗糙织构表面，在研究范围内均方根值越大的表面其减摩效果越好，且泄漏率越大，从混合润滑区到全膜润滑区转变的速度也随之增大；非高斯表面的偏态值和峰态值对密封表面的承载能力，润滑性能以及密封性能有影响，但无明显规律；在混合润滑区，圆孔织构具有增摩效果，而在全膜润滑区表现出减摩效果.
为研究粗糙度效应对机械密封织构化端面承载能力、摩擦学特性以及密封性能的影响，基于有限元法建立了机械密封的混合润滑模型，针对确定性非高斯随机分布粗糙表面，考虑润滑液膜的宏微观空化作用和粗糙峰的接触，研究了圆孔型织构化机械密封的摩擦学性能和密封性能. 结果表明：平衡状态下处于全膜润滑区间的非高斯型粗糙织构表面，在研究范围内均方根值越大的表面其减摩效果越好，且泄漏率越大，从混合润滑区到全膜润滑区转变的速度也随之增大；非高斯表面的偏态值和峰态值对密封表面的承载能力，润滑性能以及密封性能有影响，但无明显规律；在混合润滑区，圆孔织构具有增摩效果，而在全膜润滑区表现出减摩效果.
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doi: 10.16078/j.tribology.2019049
摘要:
内燃机实际工作中，在多种影响因素综合影响下，曲轴进行旋转运动的同时，还存在沿轴承轴线方向的运动. 以某四缸四冲程内燃机曲轴-轴承系统为研究对象，综合考虑曲轴轴向运动、曲轴变形和摩擦表面粗糙度，基于平均Reynolds方程，建立了耦合曲轴轴向运动的粗糙表面主轴承润滑分析模型，着重研究了倾斜曲轴轴向运动对主轴承润滑特性的影响. 分析中，采用试验法实测曲轴沿轴承轴线方向的运动规律，应用有限单元法求解曲轴受载变形导致轴颈在轴承孔中倾斜状况. 结果表明：曲轴轴向运动对粗糙表面内燃机主轴承润滑特性影响显著；计及曲轴轴向运动时内燃机各主轴承轴颈轴心轨迹均为一条不封闭的三维空间曲线；曲轴轴向运动对主轴承润滑特性的影响程度与摩擦表面粗糙度直接相关；计及曲轴轴向运动时摩擦表面粗糙度对主轴承润滑特性影响趋势及程度均发生明显变化.
内燃机实际工作中，在多种影响因素综合影响下，曲轴进行旋转运动的同时，还存在沿轴承轴线方向的运动. 以某四缸四冲程内燃机曲轴-轴承系统为研究对象，综合考虑曲轴轴向运动、曲轴变形和摩擦表面粗糙度，基于平均Reynolds方程，建立了耦合曲轴轴向运动的粗糙表面主轴承润滑分析模型，着重研究了倾斜曲轴轴向运动对主轴承润滑特性的影响. 分析中，采用试验法实测曲轴沿轴承轴线方向的运动规律，应用有限单元法求解曲轴受载变形导致轴颈在轴承孔中倾斜状况. 结果表明：曲轴轴向运动对粗糙表面内燃机主轴承润滑特性影响显著；计及曲轴轴向运动时内燃机各主轴承轴颈轴心轨迹均为一条不封闭的三维空间曲线；曲轴轴向运动对主轴承润滑特性的影响程度与摩擦表面粗糙度直接相关；计及曲轴轴向运动时摩擦表面粗糙度对主轴承润滑特性影响趋势及程度均发生明显变化.
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doi: 10.16078/j.tribology.2018093
摘要:
液体润滑端面机械密封是流程工业用机泵轴端密封的主要形式，且大量应用于航空航天、海洋工程装备和高端制造装备中，实际运行过程中其端面间液体膜常常发生相变，由此产生端面变形、干磨和密封失稳等现象，甚至完全失效，严重影响了有关设备或整个装置的安全可靠与稳定运行，因此开展汽液两相流端面机械密封研究具有重要意义. 本文中综述了近50年来汽液两相端面机械密封的研究现状，归纳出了机械密封的典型热源及其热传播途径，阐述了机械密封的相变原理，总结了端面流体膜参数的测量技术与方法；在试验研究方面，提出机械密封的端面液膜汽化主要与操作工况、几何尺寸和表面形貌或表面织构有关，其中端面液体入口和出口工况、平衡比和端面变形程度等受到关注，但缺少关于端面形貌或织构的深度研究，也缺少端面摩擦副合理配对的系统研究；在理论研究方面，提出了机械密封相变稳定性判据，以及间断沸腾模型、连续沸腾模型和薄膜均相沸腾模型等三种理论模型，比较了三种模型的优缺点并指出其适用范围. 指出建立合理的相变理论模型，实现相变密封的稳定运行，突破相变密封监控关键技术，构建智能型液体润滑机械密封是未来两相流机械密封的研究重点.
液体润滑端面机械密封是流程工业用机泵轴端密封的主要形式，且大量应用于航空航天、海洋工程装备和高端制造装备中，实际运行过程中其端面间液体膜常常发生相变，由此产生端面变形、干磨和密封失稳等现象，甚至完全失效，严重影响了有关设备或整个装置的安全可靠与稳定运行，因此开展汽液两相流端面机械密封研究具有重要意义. 本文中综述了近50年来汽液两相端面机械密封的研究现状，归纳出了机械密封的典型热源及其热传播途径，阐述了机械密封的相变原理，总结了端面流体膜参数的测量技术与方法；在试验研究方面，提出机械密封的端面液膜汽化主要与操作工况、几何尺寸和表面形貌或表面织构有关，其中端面液体入口和出口工况、平衡比和端面变形程度等受到关注，但缺少关于端面形貌或织构的深度研究，也缺少端面摩擦副合理配对的系统研究；在理论研究方面，提出了机械密封相变稳定性判据，以及间断沸腾模型、连续沸腾模型和薄膜均相沸腾模型等三种理论模型，比较了三种模型的优缺点并指出其适用范围. 指出建立合理的相变理论模型，实现相变密封的稳定运行，突破相变密封监控关键技术，构建智能型液体润滑机械密封是未来两相流机械密封的研究重点.
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doi: 10.16078/j.tribology.2018200
摘要:
采用球-盘点接触光干涉油膜测量仪观察了不同钢球和盘表面速度夹角下脂润滑的油膜特性。试验发现，在表面速度异向条件下呈现出与已有定量脂润滑明显不同的两个特征：接触区入口油池的出现和油膜外形非对称性。其中入口油池的出现使油膜厚度和润滑持续时间得到显著提升，这一发现也证明将经典的乏油边界条件应用于速度异向工况具有局限性；油膜外形的非对称性主要由滑动分量诱发的接触区温度分布不均匀引起，且非对称性随速度和角度的增加而变得明显。表面速度异向条件下两表面上滚道交叉促进润滑剂回填，是入口油池形成的主要机制。
采用球-盘点接触光干涉油膜测量仪观察了不同钢球和盘表面速度夹角下脂润滑的油膜特性。试验发现，在表面速度异向条件下呈现出与已有定量脂润滑明显不同的两个特征：接触区入口油池的出现和油膜外形非对称性。其中入口油池的出现使油膜厚度和润滑持续时间得到显著提升，这一发现也证明将经典的乏油边界条件应用于速度异向工况具有局限性；油膜外形的非对称性主要由滑动分量诱发的接触区温度分布不均匀引起，且非对称性随速度和角度的增加而变得明显。表面速度异向条件下两表面上滚道交叉促进润滑剂回填，是入口油池形成的主要机制。
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2019, 39(4): 387 -395
doi: 10.16078/j.tribology.2019069
摘要:
亲水和低摩擦表面涂层在生物植入体及医疗器械方面有着很广泛的应用，为发展简单、通用的涂层制备方法，本文作者采用聚多巴胺辅助共沉积技术，将壳聚糖基两性离子共聚物组装到材料表面，制备了超亲水、低摩擦和抗污染水润滑纳米涂层，考察了聚合物浓度对共沉积复合涂层的厚度、亲水性和润滑性的影响. 结果表明：随着聚合物浓度的增大，涂层厚度略有下降；该涂层在纯水及不同生物介质中表现出优异的润滑性能(摩擦系数μ为0.015)和抗污染性能. 该方法适用于多种惰性材料表面(金属、陶瓷和聚合物等)，有望用于生物植入体、医用导管等表面制备多功能水润滑纳米涂层.
亲水和低摩擦表面涂层在生物植入体及医疗器械方面有着很广泛的应用，为发展简单、通用的涂层制备方法，本文作者采用聚多巴胺辅助共沉积技术，将壳聚糖基两性离子共聚物组装到材料表面，制备了超亲水、低摩擦和抗污染水润滑纳米涂层，考察了聚合物浓度对共沉积复合涂层的厚度、亲水性和润滑性的影响. 结果表明：随着聚合物浓度的增大，涂层厚度略有下降；该涂层在纯水及不同生物介质中表现出优异的润滑性能(摩擦系数μ为0.015)和抗污染性能. 该方法适用于多种惰性材料表面(金属、陶瓷和聚合物等)，有望用于生物植入体、医用导管等表面制备多功能水润滑纳米涂层.
2019, 39(4): 396 -406
doi: 10.16078/j.tribology.2019002
摘要:
本文中考察了在大气环境下经热氧化处理后TC4钛合金在生理盐水中的腐蚀磨损性能，重点研究了热氧化温度(500~900 ℃)对TC4钛合金的表面氧化物薄膜的结构及腐蚀磨损性能的影响. 结果表明：经热氧化处理后TC4钛合金表面的氧化膜的结构主要由三部分组成：TiO2与α-Al2O3混合组成的表层，以TiO2为主的亚表层以及氧扩散层内层，热氧化温度对氧化膜的物相结构、表面硬度、膜基结合性能和腐蚀磨损性能有显著影响，其中，在700 ℃下热氧化处理获得的氧化层膜基结合性能最好，表面硬度最高，耐腐蚀磨损性能最好.
本文中考察了在大气环境下经热氧化处理后TC4钛合金在生理盐水中的腐蚀磨损性能，重点研究了热氧化温度(500~900 ℃)对TC4钛合金的表面氧化物薄膜的结构及腐蚀磨损性能的影响. 结果表明：经热氧化处理后TC4钛合金表面的氧化膜的结构主要由三部分组成：TiO2与α-Al2O3混合组成的表层，以TiO2为主的亚表层以及氧扩散层内层，热氧化温度对氧化膜的物相结构、表面硬度、膜基结合性能和腐蚀磨损性能有显著影响，其中，在700 ℃下热氧化处理获得的氧化层膜基结合性能最好，表面硬度最高，耐腐蚀磨损性能最好.
2019, 39(4): 407 -417
doi: 10.16078/j.tribology.2018171
摘要:
传统的船舶尾轴油润滑轴承的润滑油泄露造成了严重的海洋污染，逐渐被水润滑轴承取代，但水较差的承载能力要求水润滑轴承具有良好的减磨耐磨性能. 通过HDPE与PA66的共混材料研究尼龙润滑填料和表面织构协同作用对水润滑轴承摩擦磨损性能的影响，利用超景深三维显微系统测量共混材料试样浸泡后的表面纹理结构，利用CBZ-1摩擦磨损试验机对试样进行摩擦试验并记录摩擦系数，利用表面轮廓仪和扫描电镜(SEM)观察试样磨损形貌并分析其磨损机理. 试验表明：PA66的添加能优化共混材料的摩擦学性能. PA66的水溶胀性使共混材料表面形成微凸织构，降低摩擦系数和减轻表面磨损；PA66的存在可使共混材料在摩擦过程中在对摩铜盘表面形成转移膜，有效保护摩擦副表面，减轻磨损.
传统的船舶尾轴油润滑轴承的润滑油泄露造成了严重的海洋污染，逐渐被水润滑轴承取代，但水较差的承载能力要求水润滑轴承具有良好的减磨耐磨性能. 通过HDPE与PA66的共混材料研究尼龙润滑填料和表面织构协同作用对水润滑轴承摩擦磨损性能的影响，利用超景深三维显微系统测量共混材料试样浸泡后的表面纹理结构，利用CBZ-1摩擦磨损试验机对试样进行摩擦试验并记录摩擦系数，利用表面轮廓仪和扫描电镜(SEM)观察试样磨损形貌并分析其磨损机理. 试验表明：PA66的添加能优化共混材料的摩擦学性能. PA66的水溶胀性使共混材料表面形成微凸织构，降低摩擦系数和减轻表面磨损；PA66的存在可使共混材料在摩擦过程中在对摩铜盘表面形成转移膜，有效保护摩擦副表面，减轻磨损.
2019, 39(4): 418 -425
doi: 10.16078/j.tribology.2018198
摘要:
采用高能球磨结合喷雾造粒技术制备微米级球形Ni3Al基复合粉末，利用等离子喷涂方法制备涂层后考察其在不同载荷(5、10和20 N)下宽温域内(25~800 ℃)的摩擦学性能. 用SEM、EDS和Raman分析磨痕、对偶销和磨屑的微观组织和物相组成，对比分析载荷对摩擦磨损机理的影响. 结果表明：25~200 ℃时，载荷增加促进了润滑相的“析出效应”，但载荷增至20 N时涂层发生塑性变形产生“封闭效应”，使涂层摩擦系数和磨损率随载荷增加呈先减后增的趋势；400~600 ℃时，载荷增加导致的摩擦热加速了氧化进程，降低磨损表面剪切强度，从而使摩擦系数和磨损率持续降低；800 ℃时，磨损表面形成富含NiCr2O4、Ag2MoO4和NiO的连续、光滑釉质层，但在20 N时局部过高的接触应力使润滑膜破裂而发生剥落，导致摩擦学性能下降.
采用高能球磨结合喷雾造粒技术制备微米级球形Ni3Al基复合粉末，利用等离子喷涂方法制备涂层后考察其在不同载荷(5、10和20 N)下宽温域内(25~800 ℃)的摩擦学性能. 用SEM、EDS和Raman分析磨痕、对偶销和磨屑的微观组织和物相组成，对比分析载荷对摩擦磨损机理的影响. 结果表明：25~200 ℃时，载荷增加促进了润滑相的“析出效应”，但载荷增至20 N时涂层发生塑性变形产生“封闭效应”，使涂层摩擦系数和磨损率随载荷增加呈先减后增的趋势；400~600 ℃时，载荷增加导致的摩擦热加速了氧化进程，降低磨损表面剪切强度，从而使摩擦系数和磨损率持续降低；800 ℃时，磨损表面形成富含NiCr2O4、Ag2MoO4和NiO的连续、光滑釉质层，但在20 N时局部过高的接触应力使润滑膜破裂而发生剥落，导致摩擦学性能下降.
2019, 39(4): 426 -433
doi: 10.16078/j.tribology.2018162
摘要:
针对螺旋锥齿轮重载下热胶合失效问题，对螺旋锥齿轮在混合润滑条件下的摩擦热行为进行分析. 通过混合弹流润滑数值计算方法和基于有限元的热分析方法，综合考虑螺旋锥齿轮的表面粗糙度、载荷分担、速度矢量和真实接触几何等因素建立点接触混合润滑分析模型，计算啮合轨迹上的连续摩擦系数变化和摩擦热流率，采用有限元分析软件进行齿面热载荷的加载，考虑轮齿导热和齿面与环境的热对流，分析轮齿本体温度场分布和啮合过程中闪温变化. 根据齿面最大接触温度与国际标准ISO 6336-20中齿轮抗胶合能力计算方法进行比较分析. 结果表明：有限元热分析得到的齿面温度与ISO所得变化规律十分接近，其最大温度低于ISO标准计算温度，使用ISO标准计算出螺旋锥齿轮抗胶合安全系数小于有限元法. 在混合润滑下求解的齿面热流率和温度变化，并且考虑了齿轮热传导和热对流影响，从理论上来说有限元法更加符合实际工作情况. ISO方法在处理上述问题以及计算本体温度上仍有不足，但其在齿轮抗胶合能力校核上具有广泛的适用性，可考虑结合有限元热分析法解决传热问题同时进行抗胶合能力综合评价.
针对螺旋锥齿轮重载下热胶合失效问题，对螺旋锥齿轮在混合润滑条件下的摩擦热行为进行分析. 通过混合弹流润滑数值计算方法和基于有限元的热分析方法，综合考虑螺旋锥齿轮的表面粗糙度、载荷分担、速度矢量和真实接触几何等因素建立点接触混合润滑分析模型，计算啮合轨迹上的连续摩擦系数变化和摩擦热流率，采用有限元分析软件进行齿面热载荷的加载，考虑轮齿导热和齿面与环境的热对流，分析轮齿本体温度场分布和啮合过程中闪温变化. 根据齿面最大接触温度与国际标准ISO 6336-20中齿轮抗胶合能力计算方法进行比较分析. 结果表明：有限元热分析得到的齿面温度与ISO所得变化规律十分接近，其最大温度低于ISO标准计算温度，使用ISO标准计算出螺旋锥齿轮抗胶合安全系数小于有限元法. 在混合润滑下求解的齿面热流率和温度变化，并且考虑了齿轮热传导和热对流影响，从理论上来说有限元法更加符合实际工作情况. ISO方法在处理上述问题以及计算本体温度上仍有不足，但其在齿轮抗胶合能力校核上具有广泛的适用性，可考虑结合有限元热分析法解决传热问题同时进行抗胶合能力综合评价.
2019, 39(4): 434 -443
doi: 10.16078/j.tribology.2019017
摘要:
将聚(L-赖氨酸)-g-聚(乙二醇)(以下简称PLL-g-PEG)溶解在HEPES水溶液中时，通过球-3板式摩擦试验机研究了添加聚合物PLL-g-PEG对摩擦磨损性能的影响；利用光干涉法在球-盘式纳米薄膜测量装置上初步研究了水基润滑环境下PLL-g-PEG对成膜特性的影响. 结果表明：PLL-g-PEG可降低摩擦并减小磨损，主要归因于表面接枝PLL-g-PEG后形成的一层“刷”状的水化层(Hydration)起到了良好润滑作用，且摩擦性能的改善程度主要受接触应力、卷吸速度和摩擦表面基底材料的影响. 试验过程中发现了水基润滑条件下，PLL-g-PEG聚合物刷在摩擦过程中不断遭到破坏，与此同时又快速吸附到摩擦表面上而进行“自我治愈”的行为，故而有效改善了润滑效果. 光干涉的测量结果表明：添加PLL-g-PEG后，在接枝聚合物刷的球和玻璃盘的接触面间形成了一层由聚合物刷促成的且具有一定承载能力的水化层，这层水膜保护层虽然非常薄，却可以在卷吸速度为1~64 mm/s时有效分离上下接触面从而达到良好的润滑效果. 该研究工作将为深入理解水基润滑的成膜特性及机理提供必要的支持.
将聚(L-赖氨酸)-g-聚(乙二醇)(以下简称PLL-g-PEG)溶解在HEPES水溶液中时，通过球-3板式摩擦试验机研究了添加聚合物PLL-g-PEG对摩擦磨损性能的影响；利用光干涉法在球-盘式纳米薄膜测量装置上初步研究了水基润滑环境下PLL-g-PEG对成膜特性的影响. 结果表明：PLL-g-PEG可降低摩擦并减小磨损，主要归因于表面接枝PLL-g-PEG后形成的一层“刷”状的水化层(Hydration)起到了良好润滑作用，且摩擦性能的改善程度主要受接触应力、卷吸速度和摩擦表面基底材料的影响. 试验过程中发现了水基润滑条件下，PLL-g-PEG聚合物刷在摩擦过程中不断遭到破坏，与此同时又快速吸附到摩擦表面上而进行“自我治愈”的行为，故而有效改善了润滑效果. 光干涉的测量结果表明：添加PLL-g-PEG后，在接枝聚合物刷的球和玻璃盘的接触面间形成了一层由聚合物刷促成的且具有一定承载能力的水化层，这层水膜保护层虽然非常薄，却可以在卷吸速度为1~64 mm/s时有效分离上下接触面从而达到良好的润滑效果. 该研究工作将为深入理解水基润滑的成膜特性及机理提供必要的支持.
2019, 39(4): 444 -451
doi: 10.16078/j.tribology.2018175
摘要:
采用共吸附法，在硅基底表面制备3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APS)和十二烷基三甲氧基硅烷(WD-10)复合自组装膜. 通过分子动力学模拟不同温度与混合分子在不同比例下的混合体系界面结合能；依据模拟结果，采用正交试验法设计试验方案制备9种不同条件下的自组装膜；采用原子力显微镜、接触角测定仪以及X射线光电子能谱仪对自组装膜的表面形貌、湿润性能和化学成分进行表征分析；利用微摩擦测试仪对自组装膜的微摩擦磨损性能进行性能测试. 结果表明：混合分子成功组装到羟基化硅基底表面，并且当组装温度为25 ℃，组装时间为4 h，组装溶液的pH为6时，自组装膜的质量较好；制备的复合自组装膜由于引起了边界润滑效应，有效减小了试件表面的摩擦磨损，且两种混合分子比例为1:1时自组装膜的减摩特性最佳.
采用共吸附法，在硅基底表面制备3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APS)和十二烷基三甲氧基硅烷(WD-10)复合自组装膜. 通过分子动力学模拟不同温度与混合分子在不同比例下的混合体系界面结合能；依据模拟结果，采用正交试验法设计试验方案制备9种不同条件下的自组装膜；采用原子力显微镜、接触角测定仪以及X射线光电子能谱仪对自组装膜的表面形貌、湿润性能和化学成分进行表征分析；利用微摩擦测试仪对自组装膜的微摩擦磨损性能进行性能测试. 结果表明：混合分子成功组装到羟基化硅基底表面，并且当组装温度为25 ℃，组装时间为4 h，组装溶液的pH为6时，自组装膜的质量较好；制备的复合自组装膜由于引起了边界润滑效应，有效减小了试件表面的摩擦磨损，且两种混合分子比例为1:1时自组装膜的减摩特性最佳.
2019, 39(4): 452 -462
doi: 10.16078/j.tribology.2018165
摘要:
研究了惯性效应和端面倾斜对超高速气膜端面密封稳动态特性的影响. 考虑气体惯性效应，建立了气膜端面密封稳动态特性数值分析模型，采用有限差分法求解稳态和微扰雷诺方程，获得端面膜压分布. 数值分析了惯性效应和端面倾斜度对开启力、气膜刚度和泄漏率等稳态性能参数以及刚度系数和阻尼系数等动态特性系数的影响规律，并以获得较大刚度系数为目标，获得了螺旋槽关键几何参数的优选值范围. 结果表明：在超高速条件下，考虑惯性效应后的干气密封泄漏率显著减小，刚漏比明显增大，而开启力、气膜刚度和动特性系数变化不大；倾斜端面气膜密封相较于平行端面气膜密封具有更佳的低频刚度和高频阻尼.
研究了惯性效应和端面倾斜对超高速气膜端面密封稳动态特性的影响. 考虑气体惯性效应，建立了气膜端面密封稳动态特性数值分析模型，采用有限差分法求解稳态和微扰雷诺方程，获得端面膜压分布. 数值分析了惯性效应和端面倾斜度对开启力、气膜刚度和泄漏率等稳态性能参数以及刚度系数和阻尼系数等动态特性系数的影响规律，并以获得较大刚度系数为目标，获得了螺旋槽关键几何参数的优选值范围. 结果表明：在超高速条件下，考虑惯性效应后的干气密封泄漏率显著减小，刚漏比明显增大，而开启力、气膜刚度和动特性系数变化不大；倾斜端面气膜密封相较于平行端面气膜密封具有更佳的低频刚度和高频阻尼.
2019, 39(4): 463 -469
doi: 10.16078/j.tribology.2018197
摘要:
以丁腈橡胶为基底，采用紫外线-臭氧照射进行亲水/超亲水表面改性，通过接触角测量仪、光学显微镜对亲水改性表面的接触角、接触角滞后和微观形貌等特性进行表征，分析了表面亲水性的改性机理，并采用MFT-5000型摩擦磨损试验机测试了丁腈橡胶亲水表面的机械耐久性和保持性. 研究结果表明：采用紫外线臭氧照射丁腈橡胶10 min，就能得到完全润湿的超亲水表面，且在紫外线臭氧照射下，丁腈橡胶与臭氧发生反应生成氧化膜，使亲水改性后的丁腈橡胶，在干摩擦和水润滑状态下均表现出较小的摩擦系数和较好的耐磨性
以丁腈橡胶为基底，采用紫外线-臭氧照射进行亲水/超亲水表面改性，通过接触角测量仪、光学显微镜对亲水改性表面的接触角、接触角滞后和微观形貌等特性进行表征，分析了表面亲水性的改性机理，并采用MFT-5000型摩擦磨损试验机测试了丁腈橡胶亲水表面的机械耐久性和保持性. 研究结果表明：采用紫外线臭氧照射丁腈橡胶10 min，就能得到完全润湿的超亲水表面，且在紫外线臭氧照射下，丁腈橡胶与臭氧发生反应生成氧化膜，使亲水改性后的丁腈橡胶，在干摩擦和水润滑状态下均表现出较小的摩擦系数和较好的耐磨性
2019, 39(4): 470 -478
doi: 10.16078/j.tribology.2018169
摘要:
针对圆柱滚子轴承直母线滚子在接触出现的边缘应力集中现象，采用对滚子进行几何修形的方法，运用拟动力学分析方法开展轴承滚子受力和相对运动关系分析. 在此基础上，综合考虑轴承接触工况、滚子修形参数和真实表面粗糙度等因素，建立圆柱滚子轴承混合润滑数学模型，分析滚子修形参数和转速对轴承润滑性能的影响. 结果表明：从润滑角度判断，滚子母线凸度量δ和滚子端头圆角半径r均存在一个优化区间，使得最大受载滚子接触表面最大油膜压力和次表层最大von Mises应力σ显著减小，边缘效应弱化；δ和r对中心膜厚hc和摩擦系数f的影响较小；转速的增大会使hc变厚，fc和σ减小，且混合润滑状态下转速对修形滚子的σ变化显著，修形后的滚子较未修形的滚子润滑性能要好.
针对圆柱滚子轴承直母线滚子在接触出现的边缘应力集中现象，采用对滚子进行几何修形的方法，运用拟动力学分析方法开展轴承滚子受力和相对运动关系分析. 在此基础上，综合考虑轴承接触工况、滚子修形参数和真实表面粗糙度等因素，建立圆柱滚子轴承混合润滑数学模型，分析滚子修形参数和转速对轴承润滑性能的影响. 结果表明：从润滑角度判断，滚子母线凸度量δ和滚子端头圆角半径r均存在一个优化区间，使得最大受载滚子接触表面最大油膜压力和次表层最大von Mises应力σ显著减小，边缘效应弱化；δ和r对中心膜厚hc和摩擦系数f的影响较小；转速的增大会使hc变厚，fc和σ减小，且混合润滑状态下转速对修形滚子的σ变化显著，修形后的滚子较未修形的滚子润滑性能要好.
2019, 39(4): 479 -488
doi: 10.16078/j.tribology.2018196
摘要:
采用MRH-5A型环块磨损试验机对D2车轮钢及U71Mn钢轨钢采取对摩方式进行滑动磨损试验，研究原始组织对D2车轮钢滑动磨损性能的影响. 结果表明：以回火索氏体(TS)为原始组织的D2车轮钢比片状珠光体组织(P)+先共析铁素体(F)的D2车轮钢具有更好的耐磨性能. P+F和TS表面磨损机制均以磨粒磨损和黏着磨损为主，而P+F表面磨损更严重且伴随大块白层剥落现象. TS塑性变形层更薄，其内的铁素体细化成纳米晶，粒状渗碳体不发生剪切变形，主要以溶解为主，不易形成较厚的白层，不发生大块剥落现象，提高耐磨性能.
采用MRH-5A型环块磨损试验机对D2车轮钢及U71Mn钢轨钢采取对摩方式进行滑动磨损试验，研究原始组织对D2车轮钢滑动磨损性能的影响. 结果表明：以回火索氏体(TS)为原始组织的D2车轮钢比片状珠光体组织(P)+先共析铁素体(F)的D2车轮钢具有更好的耐磨性能. P+F和TS表面磨损机制均以磨粒磨损和黏着磨损为主，而P+F表面磨损更严重且伴随大块白层剥落现象. TS塑性变形层更薄，其内的铁素体细化成纳米晶，粒状渗碳体不发生剪切变形，主要以溶解为主，不易形成较厚的白层，不发生大块剥落现象，提高耐磨性能.
2019, 39(4): 489 -496
doi: 10.16078/j.tribology.2018176
摘要:
针对行星滚柱丝杠摩擦力矩和传动效率随丝杆转速变化而变化，考虑润滑油黏滞、滚柱自旋滑动和螺纹接触点差动滑动产生的摩擦阻力，基于拉格朗日方法建立了行星滚柱丝杠机构动力学模型，计算了其摩擦力矩和传动效率，分析了负载和丝杆角加速度对机构动态摩擦力矩、瞬态传动效率和综合传动效率的影响. 研究结果表明：行星滚柱丝杠摩擦力矩随螺纹接触点相对滑动速度增大而增大；非稳态运行阶段润滑油黏滞和自旋滑动是产生摩擦力矩的主要因素；行星滚柱丝杠在大载荷运行时传动效率较高，丝杆加速时间越短其综合传动效率越高.
针对行星滚柱丝杠摩擦力矩和传动效率随丝杆转速变化而变化，考虑润滑油黏滞、滚柱自旋滑动和螺纹接触点差动滑动产生的摩擦阻力，基于拉格朗日方法建立了行星滚柱丝杠机构动力学模型，计算了其摩擦力矩和传动效率，分析了负载和丝杆角加速度对机构动态摩擦力矩、瞬态传动效率和综合传动效率的影响. 研究结果表明：行星滚柱丝杠摩擦力矩随螺纹接触点相对滑动速度增大而增大；非稳态运行阶段润滑油黏滞和自旋滑动是产生摩擦力矩的主要因素；行星滚柱丝杠在大载荷运行时传动效率较高，丝杆加速时间越短其综合传动效率越高.
2019, 39(4): 497 -503
doi: 10.16078/j.tribology.2018179
摘要:
为验证红外地球敏感器扫描电机轴承油润滑设计寿命是否满足5年的指标要求. 首先，通过理论计算扫描电机轴承润滑油初始油量能否满足电机运行寿命需求. 其次，通过扫描电机1:1地面寿命试验验证此油润滑方式的可靠性，寿命试验结束后对滚动轴承进行了显微观测，并对轴承进行了剖解分析. 扫描电机在寿命试验期间运转正常，常温条件下电机电流稳定在20~40 mA，扫描电机累计运转时间已超过8年. 轴承显微分析结果表明：内、外圈滚道和滚珠表面状态良好，轴承内圈运动副表面的面粗糙度从0.416 μm变化为0.512 μm，无明显点蚀、磨损现象产生，润滑状态良好. 扫描电机寿命试验结果验证了含油保持架外加储油器供油的油润滑方式可满足电机轴承5年寿命要求，为其他处于边界润滑工况下的空间运动部件长寿命设计提供参考依据.
为验证红外地球敏感器扫描电机轴承油润滑设计寿命是否满足5年的指标要求. 首先，通过理论计算扫描电机轴承润滑油初始油量能否满足电机运行寿命需求. 其次，通过扫描电机1:1地面寿命试验验证此油润滑方式的可靠性，寿命试验结束后对滚动轴承进行了显微观测，并对轴承进行了剖解分析. 扫描电机在寿命试验期间运转正常，常温条件下电机电流稳定在20~40 mA，扫描电机累计运转时间已超过8年. 轴承显微分析结果表明：内、外圈滚道和滚珠表面状态良好，轴承内圈运动副表面的面粗糙度从0.416 μm变化为0.512 μm，无明显点蚀、磨损现象产生，润滑状态良好. 扫描电机寿命试验结果验证了含油保持架外加储油器供油的油润滑方式可满足电机轴承5年寿命要求，为其他处于边界润滑工况下的空间运动部件长寿命设计提供参考依据.
2019, 39(4): 504 -510
doi: 10.16078/j.tribology.2019015
摘要:
针对超声电机摩擦材料磨损严重和温升高的问题，采用在定子表面加工微织构的方法，提高了电机机械特性并降低了摩擦材料磨损. 首先，用显微镜测量超声电机定子表面摩擦材料黏着区域，设计出三种不同密度的凹坑织构，采用激光的方法加工在定子表面；然后，测试超声电机负载特性、效率特性和温升特性并观察定子表面. 结果表明：3-凹坑织构定子电机空载转速最高，相比光滑定子电机高出12.1%，5-凹坑织构定子电机堵转转矩和最大效率最高，分别高于光滑定子电机13.04%和17.1%，同时电机的温升也有所降低. 通过观察定子表面发现，凹坑织构有大幅降低摩擦材料黏着的作用，这种作用可以增加电机接触界面能量转换效率，提高了电机的性能并降低了摩擦材料的磨损.
针对超声电机摩擦材料磨损严重和温升高的问题，采用在定子表面加工微织构的方法，提高了电机机械特性并降低了摩擦材料磨损. 首先，用显微镜测量超声电机定子表面摩擦材料黏着区域，设计出三种不同密度的凹坑织构，采用激光的方法加工在定子表面；然后，测试超声电机负载特性、效率特性和温升特性并观察定子表面. 结果表明：3-凹坑织构定子电机空载转速最高，相比光滑定子电机高出12.1%，5-凹坑织构定子电机堵转转矩和最大效率最高，分别高于光滑定子电机13.04%和17.1%，同时电机的温升也有所降低. 通过观察定子表面发现，凹坑织构有大幅降低摩擦材料黏着的作用，这种作用可以增加电机接触界面能量转换效率，提高了电机的性能并降低了摩擦材料的磨损.
2019, 39(4): 511 -522
doi: 10.16078/j.tribology.2019001
摘要:
石墨烯(GN)具有独特的纳米层状结构，是一种性能优异的纳米润滑材料，在自润滑材料的研究领域获得了广泛的关注. 文章综述了掺杂石墨烯的陶瓷和金属自润滑材料的最新研究进展，重点探讨了石墨烯对材料力学和摩擦学性能的作用机理，以及石墨烯自身结构不同引起的性能差异，总结了掺杂石墨烯的陶瓷和金属材料的制备方法，简要介绍了各种制备方法的特点. 文章还对现有的研究成果进行总结分析，指出了当前研究中仍待解决的问题，为今后的研究工作提出了建议.
石墨烯(GN)具有独特的纳米层状结构，是一种性能优异的纳米润滑材料，在自润滑材料的研究领域获得了广泛的关注. 文章综述了掺杂石墨烯的陶瓷和金属自润滑材料的最新研究进展，重点探讨了石墨烯对材料力学和摩擦学性能的作用机理，以及石墨烯自身结构不同引起的性能差异，总结了掺杂石墨烯的陶瓷和金属材料的制备方法，简要介绍了各种制备方法的特点. 文章还对现有的研究成果进行总结分析，指出了当前研究中仍待解决的问题，为今后的研究工作提出了建议.
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