納米結構在摩擦學中的應用

納米結構在摩擦學中的應用

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、推進納米材料實用化*的工作。晶粒尺寸對材料摩擦磨損性能的影響一直是材料科學家關心的問題。實驗證明，即使是處于微米或者亞微米尺度范圍內，晶粒尺寸也會對材料的摩擦磨損性能有重要影響。

金屬材料

很多實驗結果證明，當晶粒細化到納米量級時，材料在各種實驗條件下均顯現出優異的摩擦磨損性能。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。油潤滑條件下，納米晶鐵耐磨性明顯高于粗精鐵，且隨著實驗溫度升高，納米晶鐵摩擦系數下降，而粗精鐵情形*相反，這歸因于納米晶材料表面活性高，促進了含添加劑潤滑油的吸附。可見，納米結構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，不同配副及實驗條件，其摩擦磨損性能也不盡相同。摩擦與磨損是發生在相對接觸表面上的復雜現象，包含著許多物理、化學及力學過程。通常，摩擦和磨損過程受到摩擦副。潤滑劑、工作參數、環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系。納米金屬材料摩擦磨損性能的諸多研究結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異的強度和化學穩定性，廣泛應用于隔熱和耐磨抗蝕場合，結構陶瓷材料的摩擦磨損性能研究和實際應用已成為當前摩擦學和材料科學領域的研究熱點之一，從材料的性能要求、加工技術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

納米結構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，良好的化學穩定性，高耐磨等*性質，展現出摩擦材料和密封材料方面廣闊的應用前景，其摩擦磨損性能引起眾多學者的關注。納米金剛石膜在干摩擦條件下即展現出極低的摩擦系數。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滑條件下的摩擦行為，對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合材料，這可能是由于很難制配出理想的純金屬納米結構材料。開展對納米晶純金屬的研究，可以排除固溶強化、彌散強化等因素的影響，更有利于理解晶粒細化對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構的變化，也包括其與外部環境相互作用的變化。此外，潤滑條件也會影響其在不同環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象，揭示其磨損機制，為提高傳統材料綜合性能提供基礎數據和理論依據。