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摩擦学学报(中英文) 2025年第2期45卷 253-264页

作者：李卓成马瑞张恩惠董均阳李维民刘海超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甘肃兰州730000 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049 淄博高端合成润滑材料创新中心山东淄博255000

低共熔溶剂低毒性、合成工艺简单、低成本、低饱和蒸汽压和结构多样且可设计等特点,使其具有成为新型润滑材料的潜力.本文中以3种不同分子量的聚乙二醇(分子量200、400和600)作为氢键供体,以四丁基氯化铵作为氢键受体,成功合成了3种低... 详细信息

低共熔溶剂低毒性、合成工艺简单、低成本、低饱和蒸汽压和结构多样且可设计等特点,使其具有成为新型润滑材料的潜力.本文中以3种不同分子量的聚乙二醇(分子量200、400和600)作为氢键供体,以四丁基氯化铵作为氢键受体,成功合成了3种低共熔溶剂(TP2、TP4和TP6),并对其理化性能和摩擦学性能进行了测试.最后使用多种技术对摩擦表面进行分析,以探究所合成低共熔溶剂的润滑机理.研究表明:合成的低共熔溶剂倾点低、热稳定性好;在25℃和100 N(2.17 GPa)往复滑动摩擦条件下具有优异的抗磨减摩性能.通过摩擦表面分析发现,低共熔溶剂优异的摩擦学性能归因于其在润滑界面形成的吸附膜和摩擦作用生成的摩擦化学反应膜.

关键词：低共熔溶剂润滑剂边界润滑摩擦学性能

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增黏、减摩抗磨多功能一体化的聚合物型水基润滑添加剂的设计制备及性能

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清华大学学报(自然科学版) 2025年第2期65卷 325-337页

作者：张崇瑞邹坤刘骁于强亮王新刚蔡美荣周峰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 中国科学院大学北京100049 烟台先进材料与绿色制造山东省实验室烟台264006 哈尔滨工程大学烟台研究院烟台264000

采用绿色环保的水基润滑剂代替易造成环境污染的油基润滑剂,是实现绿色摩擦学的有效方法之一。然而,水基润滑剂普遍存在黏度低、易腐蚀、润滑效果差等问题。该文通过合理的分子结构设计,将聚合物链式增黏结构与质子型离子液体润滑结构... 详细信息

采用绿色环保的水基润滑剂代替易造成环境污染的油基润滑剂,是实现绿色摩擦学的有效方法之一。然而,水基润滑剂普遍存在黏度低、易腐蚀、润滑效果差等问题。该文通过合理的分子结构设计,将聚合物链式增黏结构与质子型离子液体润滑结构相结合,制备了具有一定抗腐蚀性能、优异增黏和润滑性能的质子型聚离子液体(PPILs)水基润滑添加剂PPD-N。借助SRV-V微动摩擦磨损试验机和全自动真彩共聚焦显微镜表征了不同温度条件下PPD-N的减摩抗磨性能;采用扫描电子显微镜(SEM)考察了磨斑的表面微观形貌;通过光干涉法研究了PPD-N在弹性流体动力润滑状态(EHL)下的润滑性能;利用X射线光电子能谱(XPS)和飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)对添加剂的润滑机理进行了研究。结果表明:PPD-N不仅能显著提高水基润滑液的黏度,还能有效抑制铸铁在水中的腐蚀。与商用增黏剂Koreox W55000相比,含有6%质量分数PPD-N的水基润滑液的摩擦系数和磨损体积可分别降低约75%和60%。EHL测试结果表明PPD-N水溶液在界面处的薄膜厚度随着滚动速度的增加而增大,接触区域中心膜厚和润滑剂出口处的最小膜厚均显著高于去离子水。在边界润滑状态下,PPD-N能在摩擦界面处形成吸附膜和摩擦化学反应膜,两者协同作用,显著提高了水基润滑液的摩擦学性能。PPD-N不含磷、硫和卤素,合成简单,绿色环保,有望作为难燃液压液和水基全合成金属加工液的增黏、润滑添加剂使用。

关键词：聚离子液体水基润滑润滑添加剂润滑机理

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单油酸甘油酯改性凹凸棒石作为润滑油添加剂的摩擦自修复性能研究

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摩擦学学报(中英文) 2025年第3期45卷 409-420页

作者：牛宇琦乐凯许江柳宇震张建军车清论徐书生王爱勤刘维民青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 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甘肃兰州730000 中国科学院兰州化学物理研究所甘肃省黏土矿物应用研究重点实验室甘肃兰州730000 烟台先进材料与绿色制造山东省实验室山东烟台264000

采用SRV高频往复摩擦试验机考察了单油酸甘油酯改性凹凸棒石作为PAO6润滑油添加剂对GCr15钢摩擦副摩擦磨损性能的影响.通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线能谱仪、共聚焦显微镜、X射线光电子能谱仪等对磨痕的表面形貌、元素与... 详细信息

采用SRV高频往复摩擦试验机考察了单油酸甘油酯改性凹凸棒石作为PAO6润滑油添加剂对GCr15钢摩擦副摩擦磨损性能的影响.通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线能谱仪、共聚焦显微镜、X射线光电子能谱仪等对磨痕的表面形貌、元素与物相组成等进行了分析,探究了摩擦行为驱动下凹凸棒石添加剂修复磨痕表面的作用机制.结果表明,单油酸甘油酯改性的凹凸棒石作为PAO6润滑油添加剂能够显著改善GCr15钢的摩擦学性能,摩擦系数降低了57.1%,磨损率显著降低了86.3%,这是由于单油酸甘油酯具有良好的减摩作用,凹凸棒石在磨痕表面形成高耐磨的修复膜,使其耐磨性获得显著提高.进一步研究发现,凹凸棒石只有在较高载荷下容易发生摩擦化学反应,从而形成1层由底部铁的氧化物为支撑主体、上部硅酸盐与硬质陶瓷物相及少量碳等构成的复合修复膜,修复膜优先在犁沟处沉积并逐渐向整个摩擦接触界面扩散生长.

关键词：凹凸棒石单油酸甘油酯改性润滑油添加剂摩擦行为修复膜

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3种粘结固体润滑涂层的摩擦学及气蚀性能研究

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摩擦学学报 2025年

作者：王伊枨刘昭侯国梁马俊凯万宏启吉利周惠娣陈建敏中国科学院兰州化学物理研究所润滑材料重点实验室(原固体润滑国家重点实验室) 中国科学院大学材料与光电研究中心西安航天动力研究所

为深入研究航空燃油泵止推轴承表面用粘结固体润滑涂层在极端工况下的失效行为，采用MMW-1立式万能摩擦磨损试验机和超声振动气蚀试验机对比研究了MoS2/石墨基粘结固体润滑涂层、MoS2基粘结固体润滑涂层和石墨基粘结固体润滑涂层3种现... 详细信息

为深入研究航空燃油泵止推轴承表面用粘结固体润滑涂层在极端工况下的失效行为，采用MMW-1立式万能摩擦磨损试验机和超声振动气蚀试验机对比研究了MoS2/石墨基粘结固体润滑涂层、MoS2基粘结固体润滑涂层和石墨基粘结固体润滑涂层3种现役涂层在RP-3航空煤油中的摩擦学性能和气蚀性能；基于光学显微镜（OM）、三维光学形貌仪、扫描电子显微镜（SEM）分析了涂层原始表面以及摩擦和气蚀后表面形貌，利用高分辨X射线衍射仪（XRD）对比了摩擦前后涂层的物相组成，采用拉曼光谱仪对摩擦转移膜和涂层气蚀剥落碎屑的成分进行了表征，探讨了涂层的防护及失效机理。结果显示：在RP-3介质中，以石墨为润滑剂的石墨基粘结固体润滑涂层摩擦系数低至0.083，磨损率为1.5×10-6mm3/（N·m），表现出最好的摩擦学性能；3种涂层磨斑区域在摩擦前后没有出现物相变化，保持了良好的摩擦化学稳定性；对偶材料表面形成的转移膜有利于进一步降低摩擦系数。3种涂层在煤油中的抗气蚀性能较差，表现出填料率先脱落加速涂层片状剥离的特征；因MoS2的承载能力较差且颗粒尺寸偏大，气蚀剥离程度最为严重，导致MoS2/石墨基粘结固体润滑涂层加速气蚀10 h后脱落面积高达95.83%；石墨基粘结固体润滑涂层抗气蚀性能较好，涂层脱落面积为84.73%，更适合作为止推轴承表面润滑耐磨抗气蚀涂层使用。

关键词：粘结固体润滑涂层摩擦学性能气蚀性能航空煤油失效机理

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(TiZrNbMoTa)B_(2)高熵陶瓷的制备与摩擦学性能研究

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摩擦学学报(中英文) 2025年第2期45卷 187-197页

作者：高显己辛本斌张爱军韩杰胜孟军虎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甘肃兰州730000 中国科学院大学材料与光电研究中心北京100049

通过高能球磨和放电等离子烧结(SPS)技术制备了(TiZrNbMoTa)B_(2)高熵陶瓷,探讨了球磨条件对高熵陶瓷物相组成、微观结构和力学性能影响,着重研究了(TiZrNbMoTa)B_(2)高熵陶瓷从25~800℃的摩擦学性能及磨损机制.结果表明:随着球磨速度... 详细信息

通过高能球磨和放电等离子烧结(SPS)技术制备了(TiZrNbMoTa)B_(2)高熵陶瓷,探讨了球磨条件对高熵陶瓷物相组成、微观结构和力学性能影响,着重研究了(TiZrNbMoTa)B_(2)高熵陶瓷从25~800℃的摩擦学性能及磨损机制.结果表明:随着球磨速度的提高,(TiZrNbMoTa)B_(2)高熵陶瓷内各元素分布趋向均匀,(TiZrNbMoTa)B_(2)逐渐形成单一均匀的具有六方最密堆积(HCP结构)的金属二硼化物固溶相;高熵陶瓷的硬度、断裂韧性和弯曲强度也随之提升.(TiZrNbMoTa)B_(2)高熵陶瓷的高温耐磨性能较低温耐磨性能提高了36倍,其磨损机制由中低温的磨粒磨损转变为高温下的氧化磨损和磨粒磨损.B_(2)O_(3)的高温自润滑效应和磨损表面氧化釉质层的生成是高熵陶瓷具有良好高温耐磨性能的主要原因.

关键词：高熵陶瓷高熵硼化物力学性能摩擦学性能磨损机制

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油润滑滚滑接触条件下轴承钢微点蚀的试验观察

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摩擦学学报(中英文) 2025年第2期45卷 231-241页

作者：李帅姜程娄文静韩一鸣马昭群郭峰王晓波刘海超青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 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甘肃兰州730000 青岛市资源化学与新材料研究中心青岛市高端装备润滑技术重点实验室山东青岛266100

微点蚀作为1种表面起源型早期失效,严重制约了滚动轴承的精度寿命,目前对微点蚀的产生机理仍未完全揭示.本研究中使用微点蚀试验机研究了合成油润滑条件下滑滚比、卷吸速度和硫磷抗磨添加剂对GCr15轴承钢表面微点蚀的影响.考察了数百万... 详细信息

微点蚀作为1种表面起源型早期失效,严重制约了滚动轴承的精度寿命,目前对微点蚀的产生机理仍未完全揭示.本研究中使用微点蚀试验机研究了合成油润滑条件下滑滚比、卷吸速度和硫磷抗磨添加剂对GCr15轴承钢表面微点蚀的影响.考察了数百万次循环应力下微点蚀表面形貌、微点蚀面积占比、摩擦系数与振动加速度的演化过程.首先进行了不同滑滚比条件下轴承钢的微点蚀试验,发现在接近纯滚动时,由于其较小的剪切应力会导致轻微的微点蚀损伤;随着滑滚比增大,界面剪切应力增大,微点蚀损伤呈增大趋势;继续增大滑滚比导致滚子表面的磨损和抛光效应很大程度上抑制了微点蚀.其次进行了不同卷吸速度条件下轴承钢的微点蚀试验,发现在裂纹产生之后,高的卷吸速度和所用的正滑滚比会导致封闭在裂纹中的润滑油难以排出,产生高的油压,从而加速裂纹的扩展和表层金属的剥落.最后进行了硫化异丁烯和磷酸三甲酚酯作添加剂时对轴承钢微点蚀的影响,发现试验条件下2种添加剂对微点蚀的产生均起到了促进作用,但产生的微点蚀形貌存在较大的差异.含硫的抗磨剂硫化异丁烯产生了孤立分布且剥落面积较大的微点蚀浅坑,分析认为在裂纹产生之后硫元素加速裂纹的扩展与表层金属的剥落.含磷的抗磨剂磷酸三甲酚酯产生了密集的微裂纹和微凹坑,其在轴承钢表面形成的金属磷酸盐薄膜较薄且不均匀,不足以隔开粗糙峰的直接接触,从而促进了微点蚀的产生.

关键词：微点蚀滑滚接触轴承润滑硫-磷添加剂润滑失效

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铝合金作动部件表面复合PTFE硬氧膜层减摩抗磨性能

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中国表面工程 2025年第1期38卷 278-289页

作者：胡波任俊辉石晓飞白常宁强力张俊彦航空工业庆安集团有限公司西安710077 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 中国科学院材料磨损与防护重点实验室兰州730000

铝合金材料比强度高、易于加工,但表面硬度低,耐磨性差,其表面经硬质阳极氧化处理后具有耐磨、绝缘及耐腐蚀性等,广泛应用于航空作动系统。然而,硬质阳极氧化膜层(硬氧膜层)存在孔隙率大、表面粗糙度及摩擦因数高等问题,易加剧摩擦配副... 详细信息

铝合金材料比强度高、易于加工,但表面硬度低,耐磨性差,其表面经硬质阳极氧化处理后具有耐磨、绝缘及耐腐蚀性等,广泛应用于航空作动系统。然而,硬质阳极氧化膜层(硬氧膜层)存在孔隙率大、表面粗糙度及摩擦因数高等问题,易加剧摩擦配副磨损而泄漏,严重制约其实际服役。为了改善铝合金硬质阳极化膜层表面粗糙度,提升其减摩性能以满足新一代航空作动部件对减重及高机动性的服役需求,利用原位合成技术在铝合金表面制备复合PTFE硬氧膜层,研究表面粗糙度对其表面复合PTFE硬氧膜层和传统硬氧膜层不同配副方式下摩擦磨损行为的影响,并对复合PTFE硬氧膜层耐磨性能进行工程化模拟验证。研究结果表明:复合PTTE硬氧膜层较传统硬氧涂层更加致密,且硬度更高;其摩擦因数(0.08)较传统硬氧涂层(0.14)降低约40%,磨损量则降低2个数量级;在产品功能性试验中未发现脱落,磨损量小,能够满足产品性能需求;在产品实际使用中具有自抛光效应,这更有利于缩短产品生产周期及大幅度降低成本。提出一种更有利于缩短产品生命周期、大幅降低成本的复合硬氧膜层工艺,并在产品功能性试验中得到检验,在工程化应用中具有重要的推广意义。

关键词：铝合金作动部件复合PTFE硬质阳极化膜层摩擦学性能工程化验证

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空间润滑轴承运转行为的在轨飞行试验

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轴承 2025年第4期 80-85页

作者：王德生吕宏宇胡明孙嘉奕翁立军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 中国科学院空间应用工程与技术中心北京100094

高真空、微重力、极端温度、原子氧以及其他辐照的空间环境因素会对润滑材料的综合性能产生影响。空间润滑材料在轨环境效应的研究对发展具有良好空间环境适应性的润滑材料,满足服役可靠性高、运动寿命长的空间机械运动部件均具有十分... 详细信息

高真空、微重力、极端温度、原子氧以及其他辐照的空间环境因素会对润滑材料的综合性能产生影响。空间润滑材料在轨环境效应的研究对发展具有良好空间环境适应性的润滑材料,满足服役可靠性高、运动寿命长的空间机械运动部件均具有十分重要的意义。介绍了我国空间站舱外暴露平台下开展的润滑轴承的在轨飞行试验装置的设计与研制,在轨试验过程,试验样品的下行回收以及分析方法,明确了润滑轴承空间摩擦学行为研究的意义,并对空间润滑薄膜材料的发展进行了展望。

关键词：滚动轴承固体润滑轴承空间站在轨测试舱外活动空间环境

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3D打印SCF/PEI/PEEK复合材料的摩擦学性能

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摩擦学学报 2025年

作者：阮俊飞裴先强车清论张建军青岛理工大学机械与汽车工程学院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

基于前期研究聚醚酰亚胺(PEI)能够提高聚醚醚酮(PEEK)的热性能但降低其耐磨性的结果，本研究中将短切碳纤维(SCF)引入PEI/PEEK共混体系，系统研究了SCF含量对PEI/PEEK共混复合材料热学性能、力学性能和摩擦学性能的影响，并通过扫描电... 详细信息

基于前期研究聚醚酰亚胺(PEI)能够提高聚醚醚酮(PEEK)的热性能但降低其耐磨性的结果，本研究中将短切碳纤维(SCF)引入PEI/PEEK共混体系，系统研究了SCF含量对PEI/PEEK共混复合材料热学性能、力学性能和摩擦学性能的影响，并通过扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱(Raman)等对转移膜和磨损表面进行分析，讨论了SCF对复合材料摩擦学性能的影响机理。结果表明：一方面，具有较高耐磨性的SCF在摩擦过程中暴露在复合材料的表面，优先承担载荷，降低对偶表面对聚合物基体造成的变形和损伤；另一方面，SCF的添加有助于在摩擦过程中形成薄且均匀的转移膜，以上两者共同作用有效改善了复合材料的摩擦学性能。本研究中的结果为高温环境中服役的PEEK基减摩抗磨复合材料的设计制备提供了理论和技术指导。

关键词：复合材料热学性能力学性能摩擦学性能转移膜

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球-盘点接触下有机摩擦改进剂对矿物油润滑特性的影响

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表面技术 2025年

作者：安丰阳郭峰刘成龙鞠超王晓波青岛理工大学机械与汽车工程学院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

目的探究在全膜润滑状态下，矿物油中不同官能团极性的有机摩擦改进剂分子原位吸附对球-盘点接触润滑状态的影响。方法利用球-盘油膜润滑试验机对500SN和分别含有质量分数4%油醇、4%油酸酰胺和4%油酸的500SN(分别标记为500SNOH、500SNC... 详细信息

目的探究在全膜润滑状态下，矿物油中不同官能团极性的有机摩擦改进剂分子原位吸附对球-盘点接触润滑状态的影响。方法利用球-盘油膜润滑试验机对500SN和分别含有质量分数4%油醇、4%油酸酰胺和4%油酸的500SN(分别标记为500SNOH、500SNCONH2和500SNCOOH)进行油膜厚度和摩擦系数的测量，通过接触角测量仪（CA）、傅里叶红外光谱仪（FTIR）和原子力显微镜（AFM）对吸附在钢球表面上的有机摩擦改进剂进行表征。结果在相同试验工况下，500SNOH、500SNCONH2和500SNCOOH的中心膜厚和摩擦系数均低于500SN，并且降幅随着有机摩擦改进剂分子官能团极性的增强而增加。其中，在卷吸速度为32mm/s、滑滚比为0.05工况下，500SNOH、500SNCONH2和500SNCOOH的中心油膜厚度与500SN相比分别下降了15.32%、22.58%和26.61%；在滑滚比为0.05工况下，500SNOH、500SNCONH2和500SNCOOH在卷吸速度为1～512mm/s范围内的平均摩擦系数降幅最高，与500SN相比分别下降了6.07%、15.79%和24.57%。结论验证了不同官能团的有机摩擦改进剂分子均能够在钢球表面上通过原位吸附形成疏油边界膜，从而降低了润滑剂对钢球表面的润湿性。同时也验证了有机摩擦改进剂分子官能团极性越强，疏油边界膜润湿性越差。

关键词：全膜润滑有机摩擦改进剂 500SN 油膜厚度摩擦系数润湿性

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