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          超高聚乙烯在海水介質中的摩擦磨損性能研究取得重要進展

          日期:2019-10-7

          覆蓋地球表面71%的海洋蘊藏著豐富的資源,是保證人類社會繼續發展的資源寶庫。開發和保護海洋是解決人類社會所面臨的人口膨脹、資源短缺和環境惡化三大危機的一條重要途徑。隨著海洋開發的藍色革命在世界范圍內的興起,各種材料在海洋環境中的使役性能,包括機械性能與摩擦磨損性能,越來越受到人們的關注。海水液壓傳動是海洋開發中廣泛使用的一項關鍵技術。然而,海水液壓傳動系統對摩擦副材料要求極高——用于海水潤滑的摩擦材料必須具有優異的耐磨損和耐腐蝕性能。因此,開發適宜于海水液壓傳動的海水潤滑材料并研究它們在海水環境中的摩擦磨損性能和磨損機制迫在眉睫。

            近日,由中國科學院蘭州化學物理研究所薛群基院士、閻逢元研究員帶領的科研人員研究了海水潤滑條件下超高分子量聚乙烯(UHMWPE)分別與易腐蝕對偶(GCr15鋼)和耐腐蝕對偶(化學鍍Ni-P鍍層)對摩時的摩擦磨損行為,并與其在干摩擦、水潤滑和3.5 wt.% 氯化鈉溶液潤滑條件下的摩擦磨損性能進行了對比。

            科研人員發現:在水相介質潤滑條件下,UHMWPE的摩擦磨損性能主要依賴于對摩面的腐蝕和介質的潤滑作用。UHMWPE在海水和氯化鈉溶液潤滑下與GCr15對摩時,由于介質對對摩面的嚴重腐蝕,其磨損率遠遠高于在其它條件下的磨損率。這種與對摩面所受到的腐蝕密切相關的磨損方式可稱之為間接腐蝕磨損。然而,當UHMWPE在海水潤滑下與耐腐蝕的Ni–P 合金對摩時,由于海水較好的潤滑作用,UHMWPE具有最低的摩擦系數和磨損率。此外,UHMWPE在海水和氯化鈉溶液潤滑下與GCr15對摩時,其磨損表面呈現出周期性的波浪形花紋。這種磨損花紋的出現是UHMWPE表面微結構在受到對摩面上微凸體大的犁耕作用時而發生智能重建的結果;趯HMWPE磨損表面形貌的掃描電鏡和三維輪廓分析,研究人員提出了粘滑動力學機制來說明UHMWPE的花紋磨損。

            該項研究是UHMWPE在海水潤滑應用研究中的一項突破。該項目得到了國家高技術研究與發展計劃(“863” 項目)和國家自然科學基金的支持。研究結果發表在著名雜志Tribol Lett(Tribol Lett (2009) 35:85–95)上。
           


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