中國摩擦學研究和應用的重要進展

　　機械是人類生產(chǎn)和生活的基本要素之一，機械工程在整個技術體系中占有基礎和核心地位。摩擦學是機械工程的重要研究領域之一，是研究作相對運動的相互作用表面及其相關實踐的科學與技術，它既是一門以研究自然界普遍存在的摩擦、磨損、潤滑現(xiàn)象為主要內容的普適性很強的基礎學科，又是一門以節(jié)約資源、能源，提高效益為重要目標的實用性很強的應用學科。
　　摩擦消耗了世界一次能源的1/3以上，磨損導致了約60％的機械材料損耗，潤滑是減小摩擦、降低或避免磨損的最有效途徑。2005年，英國估計每年應用潤滑技術節(jié)省的費用約20億～22億英鎊；1999年，美國能源部發(fā)布，美國的車輛發(fā)動機及傳動系統(tǒng)減少摩擦、磨損，每年可節(jié)約1200億美元。中國GDP占世界的4%，卻消耗了占世界30%~40%的鋼，50%的水泥，等當量GDP能源消耗是美國的2倍、歐洲的3倍、日本的4倍。對環(huán)境和能源的考慮將是摩擦學研究的主要驅動力，綠色摩擦學在節(jié)約資源、能源，保護生態(tài)環(huán)境和實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展等方面具有不可替代的重要作用。因此，我國應大力發(fā)展綠色摩擦學，使它成為節(jié)能、降耗、減排，推動社會可持續(xù)發(fā)展的一支重要力量。
　　2006年，中國工程院啟動了“摩擦學科學與工程應用現(xiàn)狀和發(fā)展戰(zhàn)略研究”咨詢項目。根據(jù)對冶金、能源化工、鐵道機車、汽車、航空航天、船舶、軍事裝備、農(nóng)業(yè)裝備8個領域調查，2006年全國（8個工業(yè)部門）消耗在摩擦、磨損和潤滑方面的資金估計為9500億元人民幣。如果正確運用摩擦學知識，可以節(jié)省人民幣估計可達3270億元，約占GDP的l.55％。摩擦學涉及的問題與節(jié)約能源、節(jié)約材料、減少磨損、提高資源利用率和保護環(huán)境等密切相關，因此，該學科成為中國走新型化工業(yè)道路和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟必須面對的科學問題，已受到科技界的高度重視，并在下述方面取得了一些重要進展。
　　1）摩擦學表面工程。20世紀80年代初，摩擦學表面工程研究在英國和德國摩擦學各領域中已分別上升到了第1位和第2位。摩擦學是表面工程的重要基礎理論之一，摩擦學表面工程領域所獲得的大量研究成果促進和豐富了摩擦學的基礎研究，使其從單一組份、單層向多元化、多層化（超晶格結構）、納米化、梯度化和智能化方向發(fā)展。中國在摩擦學表面工程研究領域，如超低摩擦、高強度DLC薄膜、代替?zhèn)鹘y(tǒng)硬鉻鍍層技術及材料以及抗磨損薄膜的制備及應用等方面，取得了重要進展。
　　2）微觀摩擦學和納米摩擦學。從研究內容的角度來看，微觀摩擦學主要是在原子、分子和納米尺度下研究兩個相對運動表面之間的摩擦、磨損與粘著行為。隨著現(xiàn)代科學技術的進步，尤其是納米材料與器件、微型機械和高精度磁記錄技術的高速發(fā)展，微觀摩擦學的研究日益為人們所重視。近年來，中國學者在固-固界面粘著與摩擦、亞納級光滑表面加工技術、自組裝分子薄膜制備及摩擦行為研究方面取得了重要突破和初步應用成果。
　　3）高性能潤滑油脂。潤滑油、脂是當前應用最為廣泛的潤滑材料，是機械裝備可靠、高效、長壽命運行的最基本、最重要保障，其技術水平與應用狀況對國家經(jīng)濟的發(fā)展具有舉足輕重的作用。隨著中國冶金、水泥、汽車、風力發(fā)電、軌道交通等重要行業(yè)的飛速發(fā)展和航空、航天、艦船、兵器等高技術工業(yè)的不斷進步，新型大型精密裝備不斷設計、生產(chǎn)并被應用于愈發(fā)苛刻的狀況，對潤滑油脂產(chǎn)品提出了更高的要求。同時，隨著能源緊缺、環(huán)保污染問題的愈發(fā)嚴重，人們迫切要求潤滑油脂具有更好的節(jié)能及環(huán)境友好特性。中國現(xiàn)有的油脂潤滑材料與技術遠遠落后于國外先進水平，高檔潤滑油脂市場近10年來幾乎全被國外知名品牌占有，已成為制約我國工業(yè)技術進步的瓶頸之一。因此，加快中國的油脂潤滑材料與技術研發(fā)成為當務之急。
　　4）生物摩擦學。它是結合摩擦學、生物力學、生物化學、流變學和材料科學等產(chǎn)生的交叉學科。目前，國內外都有專門從事生物摩擦學研究的機構，主要研制摩擦磨損低、病理反應小的人工器官，并集中在人工關節(jié)和心臟瓣膜的研究上。與微/納米摩擦學研究相比，中國生物摩擦學研究的水平較低，投入也很少，我國學者在人造關節(jié)的研制、生物摩擦學評價設備研制、牙齒磨損性能等方面取得了一些有成效的成果。
　　潤滑和密封材料是現(xiàn)代航空工業(yè)的重要基礎材料，近年來，中國在完成國家航空航天領域特種潤滑、空間摩擦學項目過程中已經(jīng)取得重要成果。由于潤滑和密封材料的使用部位常常是航空航天系統(tǒng)中直接經(jīng)受極端苛刻工況考驗的部位，因而也是系統(tǒng)失效的多發(fā)部位；因此，高性能潤滑和密封材料對航空航天技術的發(fā)展具有十分重要的意義?；鸺?、衛(wèi)星、飛船、空間實驗室（站）及星際探測器等空間工業(yè)技術的發(fā)展，要求解決一系列潤滑科學與技術問題，因此，空間潤滑技術成為保證空間運載工具和飛行器安全可靠運行的關鍵技術之一。
　　綜上所述，摩擦學既是一門基礎學科，又是一個充滿著高新科技、多學科交叉的工程科技領域，中國的摩擦學研究發(fā)展面臨著很大的挑戰(zhàn)。它的發(fā)展對航空航天、國防安全和微納制造、裝備制造、生物技術、人類健康工程等領域都有著直接的促進和推動作用。近年來，中國學者圍繞“摩擦學與高新技術、裝備制造、節(jié)能、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展”，就如何進一步發(fā)揮摩擦學在解決國家重大工程和裝備中的關鍵問題，著重進行了探討和研究。