青衿致远 工业报国

——合肥工业大学研究生十佳学术科研标兵孙魏事迹

孙魏，男，1996年2月生，中共党员，合肥工业大学机械工程学院在读博士研究生，主要研究领域为先进固体润滑材料、微纳米力学测试及分子模拟技术。参与国家自然科学基金2项，发表学术论文16篇，其中在校期间以第一作者发表高水平国际期刊7篇（SCI收录），中文期刊2篇（EI收录），在国际学术会议口头汇报1次，获研究生国家奖学金1次，校级一等学业奖学金3次。就读期间主持设计了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设计，所在研究团队申报专利12项，其中本人已获专利授权1项（第二排序）。

一、青衿之志立于研究

在研究生课程《表面工程学》的课上，刘焜教授讲到：“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。” 这一番话带给孙魏极大的启发：从科学地研究磨损机理出发，设计并提高机械零部件的使用寿命，减少资源的使用和浪费，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？在大量阅读了国内外关于摩擦学研究的文献后，孙魏与导师刘小君教授确定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。所谓“超低磨损”就是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。这一项研究的推进将有望大幅提高机械设备的使用寿命，会在工业发展中发挥重要作用。

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（图一）。通过不断攻克了结构优化、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。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Carbon、Wear和《机械工程学报》等国内外知名学术期刊（图二）。

图一 多头往复摩擦磨损试验机的相关研究成果

图二 实现超低磨损的关键机制的相关研究成果

二、团队协同无私奉献

在一次研究所的讨论会中，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试验研究的成果可以提高压制加工的零件材料质量控制。

个人的努力是有限的，团队的力量是无限的。在得知课题组内需要进行颗粒物质力学行为的试验研究，孙魏和课题组内同学开始着手设计一台测量运动粉末颗粒的摩擦力试验装置。但是，测量粉末颗粒的运动摩擦特性极为困难。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，这对摩擦力的测量提出了挑战。

功夫不负有心人，在参观一次工业展中，孙魏看到用于工业机械手的薄膜力传感器，立刻想到这可以用于进行颗粒物质的摩擦特性测量。随后围绕这一传感器的布置和安装，课题组成员设计了“三明治”结构和浮动支撑机构（图三），解决了颗粒物质的内摩擦系数的测量，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》。除此之外，他和同学的一起搭建了变温摩擦磨损试验机、微牛级表面力仪（图四）等设备，这些设施和资源也不仅丰富了实验室现有的研究条件，也成为我校先进微纳米力学研究提供了重要基础。

图三 粉末颗粒摩擦测试装置及相关研究成果

图四 微牛级表面力仪装置

三、严谨务实勇于攀登

磨刀不误砍柴工。在博士期间的实验室建设和科研合作中，孙魏不断学习和掌握了微纳米力学试验和磨损理论的研究方法。在阅读了近百篇文献，试验了几十种配方，进行了数千机时的模拟计算后，他对机械部件实现超低磨损提出了一个可行的技术路线：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，孙魏以第一作者发表高水平国际期刊7篇，中文期刊2篇。并且在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（图五）和STLE Frontier全美摩擦学前沿论坛并做汇报（图六）。

图五 参加世界材料磨损学大会并作学术展示

图六 参加全美摩擦学前沿论坛并作汇报

所获校级以上奖励：

2022.05 合肥工业大学十佳学术科研标兵

2021.10 研究生国家奖学金（博士）

2021.10 校一等学业奖学金

2020.10 校一等学业奖学金

2019.10 校一等学业奖学金