納米結(jié)構(gòu)在摩擦學(xué)中的應(yīng)用

納米結(jié)構(gòu)在摩擦學(xué)中的應(yīng)用

摩擦磨損性能材料的重要使用性能之一，研究納米材料的摩擦磨損性能是研究納米材料的特性、推進(jìn)納米材料實(shí)用化*的工作。晶粒尺寸對(duì)材料摩擦磨損性能的影響一直是材料科學(xué)家關(guān)心的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)證明，即使是處于微米或者亞微米尺度范圍內(nèi)，晶粒尺寸也會(huì)對(duì)材料的摩擦磨損性能有重要影響。

金屬材料

很多實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，當(dāng)晶粒細(xì)化到納米量級(jí)時(shí)，材料在各種實(shí)驗(yàn)條件下均顯現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦磨損性能。例如干摩擦條件下，納米晶純鐵雖然硬度提高，但由于塑性的明顯降低，磨損量明顯大于粗精鐵。油潤(rùn)滑條件下，納米晶鐵耐磨性明顯高于粗精鐵，且隨著實(shí)驗(yàn)溫度升高，納米晶鐵摩擦系數(shù)下降，而粗精鐵情形*相反，這歸因于納米晶材料表面活性高，促進(jìn)了含添加劑潤(rùn)滑油的吸附?？梢?jiàn)，納米結(jié)構(gòu)材料的摩擦磨損性能受眾多因素影響。即使是同種材料，不同晶粒尺寸，不同配副及實(shí)驗(yàn)條件，其摩擦磨損性能也不盡相同。摩擦與磨損是發(fā)生在相對(duì)接觸表面上的復(fù)雜現(xiàn)象，包含著許多物理、化學(xué)及力學(xué)過(guò)程。通常，摩擦和磨損過(guò)程受到摩擦副。潤(rùn)滑劑、工作參數(shù)、環(huán)境等許多因素的影響，與溫度、載荷、速度、材料性能等有密切關(guān)系。納米金屬材料摩擦磨損性能的諸多研究結(jié)果并不僅涉及晶粒尺寸，此外，還需考慮到其他影響因素。

陶瓷材料

陶瓷材料具有十分優(yōu)異的強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，廣泛應(yīng)用于隔熱和耐磨抗蝕場(chǎng)合，結(jié)構(gòu)陶瓷材料的摩擦磨損性能研究和實(shí)際應(yīng)用已成為當(dāng)前摩擦學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，從材料的性能要求、加工技術(shù)及制造成本角度考慮，在金屬表面噴涂陶瓷涂層是提高材料在耐磨、耐腐蝕條件下使用壽命的*方案。

高分子材料

納米結(jié)構(gòu)高分子材料摩擦行為研究則主要集中于金剛石膜。納米金剛石具有高硬度，良好的化學(xué)穩(wěn)定性，高耐磨等*性質(zhì)，展現(xiàn)出摩擦材料和密封材料方面廣闊的應(yīng)用前景，其摩擦磨損性能引起眾多學(xué)者的關(guān)注。納米金剛石膜在干摩擦條件下即展現(xiàn)出極低的摩擦系數(shù)。如Hollman利用球盤式摩擦裝置研究了納米金剛石膜在干摩擦以及潤(rùn)滑條件下的摩擦行為，對(duì)磨副選用碳化物陶瓷，軸承鋼，不銹鋼，鈦和鋁，干摩擦條件下摩擦系數(shù)0.06~0.1，且耐磨性比同條件下不銹鋼/不銹鋼摩擦副低100倍。

目前關(guān)于納米材料摩擦磨損性能研究還不夠完善，大部分研究都局限于合金及復(fù)合材料，這可能是由于很難制配出理想的純金屬納米結(jié)構(gòu)材料。開(kāi)展對(duì)納米晶純金屬的研究，可以排除固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化等因素的影響，更有利于理解晶粒細(xì)化對(duì)材料摩擦磨損性能的影響。研究納米材料耐磨性，必須考慮材料納米化后，對(duì)其摩擦磨損行為有重要影響的眾多影響因素。這些因素即包括材料本身結(jié)構(gòu)的變化，也包括其與外部環(huán)境相互作用的變化。此外，潤(rùn)滑條件也會(huì)影響其在不同環(huán)境下的摩擦磨損性能。只有綜合考慮各種因素，才能全面深刻地理解納米材料特殊的摩擦磨損現(xiàn)象，揭示其磨損機(jī)制，為提高傳統(tǒng)材料綜合性能提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。