孙魏：挑战“超低摩损”，矢志工业报国

参与国家自然科学基金2项

发表学术论文16篇

获研究生国家奖学金1次

校级一等学业奖学金3次

主持设计多头往复摩擦磨损试验机、

界面亚表面裂纹原位观测平台

参与设计颗粒物质摩擦测量试验机、

微牛表面力仪等精密仪器

……

青衿致远，工业报国

漫漫科研路上

将赤诚之心打磨得光亮如新

他就是

校“十佳学术科研标兵”称号获得者

机械工程学院2019级博士研究生  孙魏

青衿之志  立于研究

2017年12月，在《表面工程学》课上，老师说到：“摩擦现象发生时，往往伴随磨损。磨损会引发能源和材料消耗，给设备、器件带来损失。我国是制造大国，机械装备使用寿命较短、低端高耗能装备较多，每年因磨损造成的浪费巨大。” 这一番话给了孙魏很大启示：从研究磨损机理出发，设计并提高机械零部件的使用寿命，减少资源使用和浪费，这会是一项具有深远意义的研究。

如何降低机械零部件的磨损？带着问题，孙魏开始如饥似渴地阅读大量国内外关于摩擦学研究的相关文献，并在导师的支持下，义无反顾地选择了以航天固体润滑零部件为主要研究对象，挑战“超低磨损”（Ultralow Wear）这一国际摩擦学界的科学难题。

Tips

超低磨损：

指机械摩擦零部件的磨损降低到一个极小值并无限接近于零的磨损状态。

为了研究实验材料的摩擦磨损，孙魏所在课题组搭建了第一台多头往复式摩擦磨损试验机。通过不断攻克结构优化、载荷布置、电机控制、信号采集等技术难题，最终实现了摩擦界面微观行为的精确测量。

多头往复摩擦磨损试验机的相关研究成果

学习和研究过程中，最困难的是如何解决提高材料表面粘附强度和降低材料表面粘附摩擦之间的矛盾。在参加中国摩擦学大会时，孙魏意外收获了复合表面和自组装表面的相关知识，回来后立即在老师的指导下着手进行实验，经过反复摸索，他成功地利用摩擦化学反应实现了摩擦界面的自组装，同时实现了摩擦副的亚表面粘附强度高、表面粘附摩擦低。因此既保证了机械部件的润滑性能，又提高了摩擦界面结构的强度，为超低磨损研究提供了新的视角。

常规固体润滑材料磨损率一般在10^-5至10^-6mm³/Nm，孙魏设计的润滑表面可以达到10^-7mm³/Nm及以下，能够将固体润滑材料的寿命提高10-100倍。使用该仪器进行标准化和定制化摩擦学测试研究，孙魏所在课题组揭示了固体润滑部件实现超低磨损的关键机制，相关的研究成果发表在Carbon、Wear和《机械工程学报》等国内外知名学术期刊。这一项研究的推进将有望大幅提高机械设备的使用寿命，具有较高的工程应用价值。

实现超低磨损的关键机制的相关研究成果

敏学善思  刻苦钻研

日常的学习研究中，孙魏十分注重思考，尤其擅长观察并从中获得启发。在课题组的一次讨论会上，老师提出粉末压制成型零件过程中，粉末颗粒间往往会出现大量摩擦生热，而热不稳定性会对零件的压制成型产生巨大的影响，因此颗粒物质摩擦行为的试验研究，将有助于提高压制加工的零件材料质量控制。受到启发的孙魏便开始和同学们着手设计一台能够测量运动粉末颗粒摩擦力的试验装置。然而，由于成群的粉末颗粒（如微米铜粉）在高速运动时会像水一般流失在接触界面，测量粉末颗粒的运动摩擦特性极为困难，数次试验均以失败告终。

在一次工业展参观中，孙魏看到了用于工业机械手的薄膜力传感器，立刻联想到可以将其用于颗粒物质的摩擦特性测量。随后，围绕传感器的布置和安装，他和课题组其他成员设计了“三明治”结构和浮动支撑机构，成功解决了颗粒物质内摩擦系数的测量难题，相关成果申报并获得了国家专利授权，该设备和相关研究成果也发表在著名摩擦学期刊《Friction》。

粉末颗粒摩擦测试装置及相关研究成果

之外，孙魏所在的研究团队还搭建了变温摩擦磨损试验机、微牛级表面力仪等设备，这些设施和资源不仅丰富了实验室现有的研究条件，还为学校先进微纳米力学研究提供了重要基础。

微牛级表面力仪装置

努力付出收获的丰硕成绩让孙魏感到十分喜悦，但最让他难忘的，还是研究团队的同心协力、集智攻关和指导老师的无私奉献、率先垂范。每当研究设计遇到困难时，老师总会及时给予指导，经常和大家一起熬夜讨论修改，带领团队成长前进。孙魏说，正是团队的这种精神和力量一直激励着自己在学术道路上不断攀登。

勤奋耕耘  矢志报国

博士期间，孙魏不断探索微纳米力学试验和磨损理论的研究方法，在研习了近百篇中外学术文献，试验了几十种配方，进行了数千小时的模拟计算后，他提出了机械部件实现超低磨损的可行性技术路线：使用陶瓷纳米颗粒来调控摩擦界面的成膜行为，以此降低材料的磨损。

从2019年开始，孙魏和他所在的课题组在研究上持续发力。截至2022年3月，孙魏参与国家自然科学基金2项，发表学术论文16篇，其中以第一作者身份在高水平国际期刊发表论文7篇，在中文期刊发表论文2篇。2019年，孙魏受美国摩擦学学会邀请，参加Wear of Materials世界材料磨损学大会和STLE Frontier全美摩擦学前沿论坛并作汇报。

“他特别勤奋务实，勇于挑战困难、乐于助人，作为一名研究生党员，政治立场坚定，能够以党员的标准严格要求自己，也给身边的同学树立了榜样。”提起孙魏，导师刘小君教授和辅导员侯静满是自豪。

谈到未来，孙魏充满希望。生逢盛世，国家的需要就是自己选择的方向。能够将自身所学所长应用到国家工业化建设和发展的关键领域，为中华民族伟大复兴贡献自己的全部力量，孙魏说，这就是工大青年对人生、对时代交上的最好答卷！

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素材来源 | 机械工程学院

学生编辑 | 余依未

责任编辑 | 卫婷婷  袁宵扬

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