摩擦学研究及发展趋势
刘维民 薛群基
摘要：简要评述了摩擦学研究的进展。指出极端条件下的摩擦、磨损与润滑性能, 分子水平上的摩 擦磨损本质, 环境友好润滑材料, 摩擦学失效问题及摩擦学设计是摩擦学研究的主要方向。
关键词：摩擦学研究；微观摩擦学；极端条件下的摩擦学；环境友好润滑材料；摩擦学失效；摩擦学设计
中图分类号：TH117.1 文献标识码：A
文章编号：1004-132Ⅹ(2000)01-0077-04
Research and Development of Tribology
LIU Weimin XUE Qunji
（State Key Laboratory of Solid Lubrication, Lanzhou Institute of Che mical Physics, Chinese Academy of Sciences）
Abstract:A brief historical introduction of researches on frict ion, wear and lubrication is presented. The directions of Tribology are assumed to the areas of friction,wear and lubrication under extreme conditions, nature o f friction and wear at molecular scale, environment friendly lubricating materia ls, surface engineering, failure of tribo-system and design for tribo-system.
Key words:tribology, micro-tribology failure of tribo-syste m design for tribo-system
摩擦学是一门年轻而又古老的学科。摩擦学来源于Jost在1966年关于《润滑 的教育与研究现状及工业需求的调查报告》，其定义为“研究相互接触、相对运动表面的科 学及相关技术，包括研究摩擦、磨损与润滑。”摩擦消耗了世界上一次性能源的1/3以上，磨损是材料与机械设备失效的3种主要形式之一，润滑则是减小摩擦，降低或避 免磨损的最有效手段。事实上，人类对摩擦、磨损现象早有认识，史前人类已知钻木取火； 约在公元前3500年美索不达米亚已开始 使用车轮、润滑剂等；我国则在公元前200～300年已能制造青铜和铁基轴承， 并已有使用油脂作为润滑剂的记载。
1摩擦学的发展历史
世界上对摩擦学进行较早研究的当数Leonardo da Vinci，他在1470年首先认识到摩擦力与 载荷成正比而与名义接触面积无关。1785年Coulomb用机械啮合概念解释干摩擦，提出了摩 擦理论。1886年Reynolds建立了流体动力润滑基本方程式。1939年，克拉盖尔斯基提出了摩 擦的分子-机械学说。1956年Bowden和Tabor提出了粘着摩擦理论。摩擦、磨损与润滑过程都 发生在表面与界面，进入本世纪60年代，随着现代工业的发展及表面科学的迅速崛起，推动 了润滑及材料磨损的研究，尤其极大地促进了摩擦化学的发展。80年代以来，摩擦学已从传 统的机械学和力学转向新型润滑与防护材料、磨损及摩擦化学与物理的研究。美国机械工程 学会的调查报告认为，材料摩擦学的研究是摩擦学中的常青树。
摩擦、磨损和润滑的研究涉及材料、化学、机械、物理和力学等多个领域；这些研究对 于提高机械设备的可靠性，提高工作效率和产品质量，发展高技术及国家安全领域用润滑防 护材料和技术具有重要意义。
在1997年伦敦第一届世界摩擦学大会上，Dowson全面总结了19世纪和20世纪摩擦、磨损与润 滑领 域所取得的重要成就［1］。始于19世纪初对摩擦的研究，19世纪中叶对矿物油的提 炼，19 世纪下半叶关于止推轴承、滚动摩擦、Hertz接触应力、Reynolds润滑方程和倾斜瓦止推轴 承的研制是19世纪摩擦、磨损与润滑研究领域的最主要成就。人类进入20世纪，Stribeck 通过对轴颈轴承的研究，建立了著名的关于润滑剂粘度、滑动速度、负荷与摩擦系数的关系 曲线，见图1。
图1 Stribeck润滑曲线
20世纪初期的铁路、公路交通工具的发展促进了轴承、齿轮、活塞环等技术的进步，尤其是汽车工业极大地促进了以Babbitt合金及Cu-Pb合金为主的滑动轴承的发展。在1930年前后Reynolds润滑理论、滚动轴承理论等趋于完善；同时汽车工 业的发展促进了润滑剂及润滑添加剂技术的进步。在20世纪中叶，弹性流体润滑开始为人们 所认识，并在60～80年代达到近乎完善的程度。
润滑防护材料在20世纪获得了飞速发展，非金属尤其是聚合物材料在民用工业及航空领域获 得了成功应用，并在1966年和1967年引出以PV（负荷×速度）值作为判断材料工作极限 的参数。
20世纪航空、航天、核工业的发展促进了固体润滑的研究，以MoS2、石墨、 聚四氟乙烯（PTFE）、聚合物、氧化物为代表的固体润滑材料获得了广泛的使用。同时基于 对设备可靠性的考虑，摩擦磨损运行工况检测技术，如铁谱等日益受到人们 的重视。60年代末开始，以人工关节为代表的生物摩擦学发展成为备受人们关注的摩擦学分 支领域。80年代及90年代，摩擦化学、陶瓷摩擦学、摩擦学表面工程等领域获得了飞速发展 ；而计算机工业、微型机械的发展及纳米技术的出现推动了微观摩擦学（纳米摩擦学）的研究。
