定 價：199 元
叢書名：先進化工材料關(guān)鍵技術(shù)叢書
- 作者：中國化工學(xué)會組織編寫
- 出版時間：2023/3/1
- ISBN：9787122430854
- 出 版 社：化學(xué)工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TB39
- 頁碼：403
- 紙張：
- 版次：1
- 開本：24cm
本書圍繞碳基潤滑材料開展科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)的系統(tǒng)總結(jié)。全書共八章, 包括緒論、富勒烯潤滑材料、碳納米管潤滑材料、金剛石潤滑材料、石墨烯潤滑材料、橡膠軟表面硬質(zhì)碳基薄膜潤滑材料、非晶碳基薄膜強韌潤滑調(diào)控與應(yīng)用和低摩擦固體潤滑碳薄膜關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用。本書所涉及的研究內(nèi)容為相關(guān)領(lǐng)域的國際學(xué)術(shù)前沿?zé)狳c, 部分成果為原創(chuàng), 同時涉及一些先進碳基潤滑材料的工程應(yīng)用, 可以為碳基潤滑材料的基礎(chǔ)研究和工程應(yīng)用提供一些新思路。
摩擦消耗了世界一次能源的1/3左右，磨損造成了約60%的設(shè)備損壞或故障，機械系統(tǒng)的高精度、高可靠和長壽命服役性能受限于材料的摩擦磨損�！犊萍既請蟆穲蟮赖�35項“卡脖子”技術(shù)中的液壓“心臟”——高壓柱塞泵(35 MPa)、柴油發(fā)動機“心臟”——高壓共軌等的高可靠、長壽命皆受制于運動部件的摩擦磨損，因此，工業(yè)“四基”8個領(lǐng)域強調(diào)發(fā)展低摩擦技術(shù)。低摩擦技術(shù)已成為工業(yè)制造技術(shù)發(fā)展的重大共性技術(shù)需求。合理使用潤滑材料與技術(shù)是減少摩擦、降低磨損、實現(xiàn)節(jié)能降耗、保障裝備可靠運行的有效手段之一。本書是著者團隊多年來多項國家項目、省部級項目成果的結(jié)晶與升華，部分成果獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎、國家技術(shù)進步二等獎等榮譽。
張俊彥，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所研究員、博士生導(dǎo)師。1990年畢業(yè)于蘭州大學(xué)，1997年、1999年于中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所分別獲得理學(xué)碩士和博士學(xué)位；2000～2005年在美國加州大學(xué)伯克利分校、阿拉巴馬大學(xué)、萊斯大學(xué)從事博士后研究，2007年任美國阿貢國家實驗室客座研究員�，F(xiàn)任中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所副所長、蘭州潤滑材料與技術(shù)創(chuàng)新中心（國家國防科工局）及中國科學(xué)院材料磨損與防護重點實驗室主任；兼任國際能源署先進交通材料委員會執(zhí)委、中國材料研究學(xué)會常務(wù)理事、中國機械工程學(xué)會摩擦學(xué)分會副秘書長、摩擦學(xué)國家重點實驗室學(xué)委會委員、固體潤滑國家重點實驗室學(xué)委會委員，Tribology Letters、Friction、《摩擦學(xué)學(xué)報》等期刊編委。長期從事碳薄膜結(jié)構(gòu)演變與超滑機制、固體潤滑薄膜材料可控制備及工程應(yīng)用、材料表面防護等研究及工程應(yīng)用工作，發(fā)展了超低摩擦固體潤滑薄膜技術(shù)和成套設(shè)備，解決了我國發(fā)動機高壓共軌和配氣系統(tǒng)的摩擦磨損瓶頸技術(shù)問題；開發(fā)了系列特種潤滑與防護材料，解決了航天、航空、船舶等領(lǐng)域關(guān)鍵部件的服役失效和可靠性技術(shù)難題。發(fā)表學(xué)術(shù)論文280余篇，取得授權(quán)中國發(fā)明專利70余件、國際發(fā)明專利3件。獲得國家科技進步二等獎（2019）、國家技術(shù)發(fā)明二等獎（2016）、甘肅省科技進步一等獎（2021）、中國機械工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎（2018）、甘肅省技術(shù)發(fā)明一等獎（2015）、甘肅省自然科學(xué)二等獎（2010）、甘肅省科技進步一等獎（1999）。享受國務(wù)院政府特殊津貼（2018），榮獲“甘肅省專利發(fā)明人獎”（2021）、“甘肅省先進工作者”（2020）、“中科院王寬誠西部學(xué)者突出貢獻獎”（2014）、“中國僑界貢獻獎”一等獎（2022）、“全國歸僑僑眷先進個人”（2013）等榮譽。張斌，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所研究員、博士生導(dǎo)師，中組部“WR”計劃青年人才（2020）。2005年畢業(yè)于蘭州大學(xué)材料物理專業(yè)，獲得學(xué)士學(xué)位；2011年畢業(yè)于中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所材料學(xué)專業(yè)，獲得博士學(xué)位；2016～2017年美國勞倫斯伯克利國家實驗室客座研究員。兼任國家新材料測試評價平臺稀土行業(yè)中心專家、中國能源學(xué)會能源與動力工程分會副主任委員、真空學(xué)會薄膜專委會委員。主要從事真空薄膜沉積，薄膜制備及潤滑、耐磨耐蝕和超低摩擦機制方面的研究及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用工作。累計發(fā)表論文115篇，獲授權(quán)中國發(fā)明專利40件、美國發(fā)明專利1件。獲得2019年國家科技進步二等獎（第三完成人）、2018年中國機械工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎（第三完成人）、2016年國家技術(shù)發(fā)明二等獎（第五完成人）、2015年甘肅省技術(shù)發(fā)明一等獎（第五完成人）、2022年湖南省科技進步二等獎（第四完成人）；獲得甘肅省青年科技獎（2021）、中國機械工程學(xué)會青年科技成就獎（2021）、中國產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新獎（2018）。王永富，男，博士，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所副研究員、碩士生導(dǎo)師。2010年畢業(yè)于河南大學(xué)，2018年于中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所獲得材料學(xué)博士學(xué)位。近年來圍繞碳基薄膜存在高摩擦和環(huán)境敏感性問題，開展碳基薄膜納米結(jié)構(gòu)設(shè)計、固體超滑體系創(chuàng)制等方面研究，系統(tǒng)闡述納米結(jié)構(gòu)碳薄膜“滾-滑”超滑機制，完善了低氫碳基薄膜超滑理論；發(fā)明“摩擦催化”和“摩擦限域”固體超滑新方法，破解了碳薄膜超滑環(huán)境敏感性和氫制約的瓶頸問題；設(shè)計制備界面應(yīng)力分散的超彈性碳薄膜，解決結(jié)構(gòu)超滑承載能力差和環(huán)境敏感等問題，實現(xiàn)了高承載（15N）的二維材料固體超滑。累計發(fā)表論文50余篇，獲授權(quán)中國發(fā)明專利15件。獲得2015年全國摩擦學(xué)大會優(yōu)秀論文獎、2018年中國機械工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎、2018年度首屆中國汽車工程學(xué)會優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎、中國科學(xué)院“西部之光”青年學(xué)者榮譽。
第一章 緒論 001
第一節(jié) 摩擦學(xué) 002
一、摩擦、磨損與潤滑 002
二、潤滑的科學(xué)意義 005
第二節(jié) 碳基潤滑材料性能表征 006
一、碳基潤滑材料概述 006
二、碳基潤滑材料結(jié)構(gòu)表征 007
三、碳基潤滑材料力學(xué)性能表征 011
四、碳基潤滑材料摩擦學(xué)表征 014
第三節(jié) 小結(jié)與展望 017
參考文獻 017
第二章 富勒烯碳潤滑材料 019
第一節(jié) 富勒烯碳及類富勒烯碳制備方法 020
一、富勒烯碳制備方法 020
二、類富勒烯碳薄膜制備方法 023
第二節(jié) 富勒烯碳和類富勒烯碳形成機制 026
一、富勒烯碳形成機制 026
二、類富勒烯碳形成機制 028
第三節(jié) 富勒烯碳摩擦性能 037
一、富勒烯碳在固-液界面摩擦性能 037
二、富勒烯碳固體潤滑性能 037
第四節(jié) 類富勒烯碳薄膜微觀摩擦學(xué)性能 038
第五節(jié) 類富勒烯碳薄膜機械性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 043
一、類富勒烯碳薄膜機械性能：低應(yīng)力 043
二、類富勒烯碳薄膜機械性能：超彈性 046
三、類富勒烯碳薄膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 051
第六節(jié) 類富勒烯碳薄膜大氣環(huán)境中超滑性能 061
一、類富勒烯碳薄膜大氣環(huán)境中摩擦性能分析 061
二、不同摩擦對偶下類富勒烯碳薄膜磨損行為分析 063
三、不同環(huán)境濕度下類富勒烯碳薄膜磨損行為分析 065
四、類富勒烯碳薄膜摩擦界面研究：原位形成洋蔥碳 066
第七節(jié) 小結(jié)與展望 075
參考文獻 076
第三章 碳納米管潤滑材料 083
第一節(jié) 碳納米管的制備與表征 084
一、碳納米管結(jié)構(gòu)與制備 084
二、碳納米管Raman特征譜 085
三、碳納米管納米力學(xué)性能 086
第二節(jié) 電化學(xué)沉積制備MWNTs-DLC復(fù)合薄膜及其機械性能 087
一、電化學(xué)沉積MWNTs-DLC薄膜制備方法 087
二、MWNTs-DLC復(fù)合薄膜TEM表征 088
三、MWNTs-DLC復(fù)合薄膜Raman表征 089
四、MWNTs-DLC復(fù)合薄膜XPS表征 090
五、MWNTs-DLC復(fù)合薄膜FTIR表征 091
六、MWNTs-DLC復(fù)合薄膜機械性能研究 092
第三節(jié) 碳納米管潤滑機制 093
一、碳納米管在表面的低黏合力 093
二、碳納米管層間低摩擦 094
三、碳納米管滾動和滑動下低摩擦 095
四、碳納米管排列方式對摩擦的作用 095
五、碳卷曲結(jié)構(gòu)對降低摩擦的作用 097
第四節(jié) 擦涂法制備碳納米管薄膜的低摩擦性能 097
一、碳納米管在不同配副和載荷下低摩擦行為 098
二、碳納米管降低鋼表面磨損 099
三、碳納米管摩擦后形貌特征 101
第五節(jié) 碳納米管/復(fù)合物潤滑材料 103
一、碳納米管/金屬復(fù)合潤滑材料 103
二、碳納米管/陶瓷復(fù)合潤滑材料 104
三、碳納米管/聚合物復(fù)合潤滑材料 105
第六節(jié) 碳納米管潤滑油/脂添加劑 106
一、碳納米管在基礎(chǔ)油中的低摩擦作用 106
二、碳納米管改性對低摩擦的作用 108
三、碳納米管在離子液體中的低摩擦作用 108
參考文獻 110
第四章 金剛石潤滑材料 115
第一節(jié) 金剛石的制備 116
一、金剛石顆粒的制備 117
二、聚晶金剛石的制備 119
三、金剛石薄膜的制備 120
第二節(jié) 金剛石復(fù)合潤滑材料 123
一、金剛石/金屬復(fù)合潤滑材料 123
二、金剛石/陶瓷復(fù)合潤滑材料 125
三、金剛石/聚合物復(fù)合潤滑材料 125
四、金剛石-潤滑油/脂復(fù)合潤滑材料 125
第三節(jié) 含金剛石碳薄膜的制備與潤滑行為 127
一、類富勒烯碳薄膜中引入納米金剛石結(jié)構(gòu) 127
二、含金剛石碳薄膜的化學(xué)氣相沉積制備 129
三、含金剛石碳薄膜的潤滑行為 132
四、含金剛石碳薄膜的潤滑機制 133
第四節(jié) 金剛石的摩擦學(xué)行為 135
一、金剛石宏觀摩擦行為 135
二、金剛石微觀摩擦行為 139
三、金剛石的潤滑機制 140
第五節(jié) 金剛石潤滑材料的應(yīng)用 141
一、切削刀具潤滑薄膜 141
二、拉拔模具潤滑薄膜 142
參考文獻 143
第五章 石墨烯潤滑材料 147
第一節(jié) 石墨烯的結(jié)構(gòu)和制備 148
一、石墨烯的結(jié)構(gòu) 148
二、石墨烯的制備 150
第二節(jié) 石墨烯的性質(zhì)和應(yīng)用 154
一、石墨烯的性質(zhì) 154
二、石墨烯的應(yīng)用 155
第三節(jié) 石墨烯潤滑材料 160
一、石墨烯薄膜的制備方法 161
二、石墨烯薄膜的宏觀摩擦學(xué)性能研究 165
三、氧化石墨烯薄膜的宏觀摩擦學(xué)性能研究 168
第四節(jié) 面向MEMS/NEMS器件的電化學(xué)沉積石墨烯薄膜 171
一、制備與結(jié)構(gòu)表征 171
二、力學(xué)與摩擦學(xué) 174
三、不同退火溫度下氧化石墨烯薄膜的摩擦學(xué)性能研究 178
四、結(jié)論 180
第五節(jié) 氧化石墨烯基組裝薄膜的摩擦學(xué) 181
一、薄膜的結(jié)構(gòu)設(shè)計 181
二、薄膜結(jié)構(gòu)對摩擦學(xué)性能的影響 182
三、工況條件對摩擦學(xué)性能的影響 186
參考文獻 189
第六章 橡膠軟表面硬質(zhì)碳基薄膜潤滑材料 197
第一節(jié) 橡膠表面碳薄膜概述 199
一、橡膠基底前處理及典型的沉積技術(shù) 199
二、表面形貌及特征 201
三、橡膠/薄膜靈活性和結(jié)合強度 202
四、橡膠表面碳薄膜摩擦學(xué)性能 203
第二節(jié) 等離子體預(yù)處理對橡膠表面碳薄膜結(jié)合力和摩擦學(xué)性能影響 206
一、空氣等離子體預(yù)處理改善橡膠表面碳薄膜結(jié)合強度和耐磨性 207
二、不同等離子體預(yù)處理對橡膠表面碳薄膜結(jié)合力和摩擦學(xué) 性能影響 214
三、氬等離子體預(yù)處理時間改善膜基結(jié)合力和摩擦學(xué)性能 224
四、氬等離子體預(yù)處理偏壓對薄膜結(jié)合力和摩擦學(xué)性能影響 233
第三節(jié) 中間層對橡膠表面碳薄膜結(jié)合力和摩擦學(xué)性能影響 241
一、有/無Si中間層對橡膠表面薄膜微結(jié)構(gòu)及性能影響 241
二、Si中間層厚度對薄膜微結(jié)構(gòu)及摩擦學(xué)性能影響 256
第四節(jié) 橡膠表面碳薄膜結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化設(shè)計及調(diào)控 267
一、硅元素摻雜量對丁腈橡膠表面碳薄膜微結(jié)構(gòu)和性能影響 267
二、氫含量對丁腈橡膠表面碳薄膜結(jié)構(gòu)和性能影響 283
第五節(jié) 碳薄膜改性丁腈橡膠密封實件臺架及整機考核驗證 290
一、碳薄膜改性密封實件機械性能測試 291
二、碳薄膜改性后密封圈質(zhì)密性測試 292
三、油箱蓄壓器組件液壓強度測試 292
四、油箱蓄壓器組件氣密性試驗 292
五、油箱蓄壓器組件臺架磨合試驗 293
六、碳薄膜改性密封實件整機壽命及可靠性試驗驗證 295
參考文獻 302
第七章 非晶碳薄膜強韌潤滑調(diào)控與應(yīng)用 311
第一節(jié) 非金屬元素摻雜非晶碳薄膜 312
一、硅元素摻雜 313
二、氮元素摻雜 314
三、其他非金屬元素摻雜 315
第二節(jié) 金屬元素摻雜非晶碳薄膜 316
一、強碳金屬元素摻雜 317
二、弱碳金屬元素摻雜 321
第三節(jié) 多元素共摻雜非晶碳薄膜 322
一、強碳/弱碳金屬元素共摻雜 322
二、其他多元素共摻雜 329
第四節(jié) 納米復(fù)合結(jié)構(gòu)非晶碳薄膜 331
一、金屬碳化物納米復(fù)合結(jié)構(gòu) 331
二、納米碳復(fù)合結(jié)構(gòu) 332
三、自適應(yīng)納米復(fù)合結(jié)構(gòu) 335
第五節(jié) 功能梯度結(jié)構(gòu)非晶碳薄膜 335
一、鋼表面功能梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計 336
二、輕質(zhì)合金表面梯度結(jié)構(gòu)設(shè)計 337
第六節(jié) 多層結(jié)構(gòu)非晶碳薄膜 339
一、微米/亞微米多層結(jié)構(gòu) 340
二、納米/超晶格多層結(jié)構(gòu) 342
第七節(jié) 非晶碳薄膜多尺度耦合應(yīng)用 348
一、表面織構(gòu)與微/納織構(gòu)非晶碳薄膜 348
二、仿生微/納織構(gòu)非晶碳薄膜 351
第八節(jié) 非晶碳薄膜的工業(yè)應(yīng)用 352
一、刀模具領(lǐng)域應(yīng)用 352
二、軸承領(lǐng)域應(yīng)用 358
三、其他領(lǐng)域應(yīng)用 360
四、展望 362
參考文獻 362
第八章 發(fā)動機低摩擦固體潤滑碳薄膜關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用 367
第一節(jié) 技術(shù)應(yīng)用背景 368
一、摩擦磨損對發(fā)動機的影響 368
二、發(fā)動機摩擦磨損的研究思路 370
第二節(jié) 低摩擦類富勒烯碳薄膜可控制備 373
一、偏壓的影響 374
二、氣氛的影響 380
三、退火溫度的影響 384
第三節(jié) 低摩擦碳薄膜高結(jié)合力設(shè)計 387
一、單層金屬過渡層設(shè)計 388
二、多層梯度過渡層設(shè)計 390
第四節(jié) 工藝裝備一體化集成 390
一、軸承鋼表面的低溫沉積 390
二、具高功率脈沖離子源的磁控濺射裝置 392
三、陽極場輔磁控濺射鍍膜裝置 393
四、勵磁調(diào)制陽極輔助磁控濺射離子鍍膜系統(tǒng) 394
第五節(jié) 低摩擦碳薄膜應(yīng)用案例 396
一、低摩擦碳薄膜的批量裝備及性能 396
二、臺架試驗驗證 397
三、技術(shù)展望 397
參考文獻 398
索引 400
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