让机器之“血”畅通无阻

  “无摩擦是不可能的，但我们大家可以把摩擦系数做得很低，比如我们已在实验室里做到近十万分之一。”8月17日，在青岛召开的2024润滑技术大会上，中国

  会上，多位院士、学者和行业代表围绕“现代机电装备发展面临的润滑技术挑战”话题进行了分享和互动交流，希望让有机械装备的“血液”之称的润滑油可以在装备运行中畅通无阻。

  今年5月，神舟十七号多件舱外暴露实验装置及科学实验样品移交中国科学院兰州化学物理研究所（以下简称兰州化物所）进一步开展研究工作。兰州化物所该批材料舱外暴露实验装置和样品已在轨实验满一年，最重要的包含18台套动态摩擦学装置和134件静态润滑材料样品。

  据悉，神舟十七号舱外暴露实验样品包含固体润滑材料和新型超分子凝胶润滑材料。

  “40年前我刚到兰州化物所攻读研究生的时候，对固体润滑还很陌生，只知道润滑油与润滑脂等液体润滑剂。”中国科学院院士刘维民举了个例子来介绍固体润滑材料，“大家熟悉的铅笔，其主要成分石墨就是很好的固体润滑剂，滑石粉、二硫化钼等都是固体润滑剂。固体润滑不需要用油，免维护，在航天航空领域的用途非常广。”

  刘维民曾任“神舟七号飞船固体润滑材料空间环境试验”项目及科技部“973计划”项目“高性能合成润滑材料设计制备与使役的基础研究”首席科学家。

  谈及在我国现阶段，固体润滑如何在现代装备的节能和碳中和过程中发挥作用，又将面临哪些新问题和挑战时，刘维民表示，航天运动部件75%以上要靠固体润滑，因为在超真空环境，液体润滑的挥发是不可避免的。另外，固体润滑在航空关节轴承里也有重要应用，这是一种滑动轴承，采用聚合物进行润滑。

  “未来把固体和油脂润滑进行复合，有望让润滑与设备同寿命，或者在一个大的周期里实现免维护。让我国润滑技术能够很好的满足国家的需求，这是我们追求的一个目标。”刘维民也指出，“固体润滑也存在很多科学和技术层面的问题，以及在苛刻环境条件下的评价问题，都需要予以关注。总体来讲，中国在固体润滑领域跟世界的差距并不大。”

  “我不是做润滑油的，我是用润滑油的，润滑油是我们装备运行的‘血液’。”中国科学院院士、中国北方车辆研究所先进越野系统技术全国重点实验室主任毛明从使用者角度指出，降低摩擦、减少磨损不应该是润滑油的唯一功能，还包括传热、传动、传感等功能。

  “用到传动这个功能的时候，我们特别希望润滑油的黏性能够小一点。”毛明解释道，“一旦黏性过大，就会给装备设计带来非常大的麻烦，如在低温启动的时候因为太黏，要让发动机转起来很费劲；在高温的时候润滑油又变得很稀薄，没有很好的方法起到润滑作用。因此，我们大家都希望润滑油的黏度不要随着温度的变化而剧烈变化。”

  当听到中国科学院院士、中国科学院上海有机化学研究所所长唐勇称，他们团队做的润滑油基础油黏度可控可调的时候，毛明很高兴，同时他还希望这个调控可以实时和智能化。

  “因为装备的控制都是实时的，如果润滑油的控制不仅流量、压力可控，黏度也能做到实时调控，那就太好了。”毛明说。

  “当高铁工作速度达到400公里以上时候，齿轮箱温度会超过120摄氏度，进而报警叫停运行中的高铁。”雒建斌称，自己团队研究的超滑技术在实验室可以让齿轮箱温度降低15摄氏度，未来还希望有进一步的突破。

  雒建斌介绍：“超滑指滑动摩擦系数是在千分之一的量级甚至更小，传统的润滑油的摩擦系数是在0.01～0.1。如果实现超滑，会带来很多非常有益的效果。

  尽管已经在实验室取得不错的数据，但雒建斌指出，实验室的条件跟实际工况条件有很大的差异，虽然在实验室里超滑技术的承载能力、抑制温升能力都有提升，但在复杂的实际工况条件下会受到很大的限制，这就需要一个个的攻关才能接近或实现实验室里的结果。

  前文提到的关节轴承，雒建斌团队也开展了相关研究，他们将超滑液体添加到胶囊里，再把胶囊放进关节轴承里，可以将摩擦系数降到千分之一的区间。“如果在实际工况中能轻松实现，并应用于飞机上的各种关键轴承，不仅摩擦能耗可以下降，磨损也能大幅度降低。”雒建斌说。

  近年来，润滑技术在海洋工程装备领域也存在广泛的应用。中国工程院院士、中国海洋大学教授李华军曾多次提出，要增强我国海洋工程及深海水下技术与装备的创新能力及影响力。

  从应用场景和工作环境来看，润滑油在海洋环境下工作跟航空航天和陆地工程还是有很大的不同。

  李华军介绍，首先，从水面情况去看，高湿高盐、生物附着、泥沙夹带等真实的情况给一些海洋工程装备的润滑技术带来很大挑战；另外，海洋深达1万多米，水深压力大，这也对润滑系统提出了很高的要求，比如动态的密封等；再者，南北两极的温度最低可达零下90摄氏度，在这样的环境下作业对海洋工程装备的运行维护提出很大挑战，要求润滑系统保持长效的稳定性、抵抗腐蚀能力、抗低温等。

  李华军称自己也是作为用户来提需求的，并表示海洋工程装备的润滑系统无论从技术前沿还是产业高质量发展来看，未来都有很好的增长点，前提是要解决上面的问题和挑战，因此就需要多学科交叉融合，需要产学研用结合。

  当前，在双碳目标的牵引下，业界对润滑技术也提出了一些不同的要求，但国际上还没有统一的标准出台。

  随着发动机新燃料的加入，哈尔滨工程大学原校长刘志刚认为，不管未来发动机用什么燃料，一定要有与之对应的润滑技术产生。由于发动机高强化带来的高功率、高密度使得燃烧跟传统燃料的燃烧不一样，带来的燃烧温度、压力及各方面的运动，对摩擦影响很大，需要开展深度分析，建立摩擦润滑的模型，保证发动机的正常运行。

  清华大学车辆与运载学院教授帅石金对插电式混合动力汽车专用发动机所需润滑油进行了分析。他表示，插电式混合动力汽车广受中国消费者喜爱，其专用发动机的工况有两种基本的模式，一种是增程式，汽车大部分时间由电机驱动，发动机在亏电时才运转发电，运转的时间短和频率低，对润滑油的抗氧化、抗磨损要求与纯汽油车发动机长时间运转对润滑油的要求不一样；另一种是插电串并联式，专用发动机需要频繁起停，对润滑油的需求与增程式要求也不同。

  未来，插电式混合动力汽车专用发动机可能会采用碳中和燃料，如采用高比例生物质乙醇含氧燃料，专用发动机润滑油是不是还需要仔细考虑乙醇本身及其燃烧产物对润滑油的特殊需求？

  帅石金说：“未来发动机可能会采用氢或氨等零碳燃料，选择的燃烧模式也多了，对应的润滑油需求也不一样，需要润滑行业早日出台相关的标准，进而规范和约束相关润滑技术产品。”