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超高聚乙烯在海水介质中的摩擦磨损性能研究取得重要进展

日期:2018-11-7

覆盖地球表面71%的海洋蕴藏着丰富的资源,是保证人类社会继续发展的资源宝库。开发和保护海洋是解决人类社会所面临的人口膨胀、资源短缺和环境恶化三大危机的一条重要途径。随着海洋开发的蓝色革命在世界范围内的兴起,各种材料在海洋环境中的使役性能,包括机械性能与摩擦磨损性能,越来越受到人们的关注。海水液压传动是海洋开发中广泛使用的一项关键技术。然而,海水液压传动系统对摩擦副材料要求极高——用于海水润滑的摩擦材料必须具有优异的耐磨损和耐腐蚀性能。因此,开发适宜于海水液压传动的海水润滑材料并研究它们在海水环境中的摩擦磨损性能和磨损机制迫在眉睫。

  近日,由中国科学院兰州化学物理研究所薛群基院士、阎逢元研究员带领的科研人员研究了海水润滑条件下超高分子量聚乙烯(UHMWPE)分别与易腐蚀对偶(GCr15钢)和耐腐蚀对偶(化学镀Ni-P镀层)对摩时的摩擦磨损行为,并与其在干摩擦、水润滑和3.5 wt.% 氯化钠溶液润滑条件下的摩擦磨损性能进行了对比。

  科研人员发现:在水相介质润滑条件下,UHMWPE的摩擦磨损性能主要依赖于对摩面的腐蚀和介质的润滑作用。UHMWPE在海水和氯化钠溶液润滑下与GCr15对摩时,由于介质对对摩面的严重腐蚀,其磨损率远远高于在其它条件下的磨损率。这种与对摩面所受到的腐蚀密切相关的磨损方式可称之为间接腐蚀磨损。然而,当UHMWPE在海水润滑下与耐腐蚀的Ni–P 合金对摩时,由于海水较好的润滑作用,UHMWPE具有最低的摩擦系数和磨损率。此外,UHMWPE在海水和氯化钠溶液润滑下与GCr15对摩时,其磨损表面呈现出周期性的波浪形花纹。这种磨损花纹的出现是UHMWPE表面微结构在受到对摩面上微凸体大的犁耕作用时而发生智能重建的结果。基于对UHMWPE磨损表面形貌的扫描电镜和三维轮廓分析,研究人员提出了粘滑动力学机制来说明UHMWPE的花纹磨损。

  该项研究是UHMWPE在海水润滑应用研究中的一项突破。该项目得到了国家高技术研究与发展计划(“863” 项目)和国家自然科学基金的支持。研究结果发表在著名杂志Tribol Lett(Tribol Lett (2009) 35:85–95)上。
 


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