研究轴承滚动体与滚道界面拓扑结构对轴承系统动态微接触及润滑接触的影响规律以及进一步的摩擦与磨损预测模型；探索滚道结构、滚动体形状、回转制造精度、表面加工精度以及材料性能匹配等对多物理与多系统耦合场相互作用下摩擦学行为长期演化的影响规律，以便获得滚动体及滚道与耦合场相互适应的设计制造指导规范，包括考虑运行条件、材料及粗糙表面等因素。
（3） 混合润滑状态下微观动态接触系统动力学行为
轴承微观动态接触的系统动力学表现是认识高速精密轴承长期运行的精度保持机制或失效机理等问题的理论基础。轴承在多物理耦合场作用下微观动态接触与系统动力学相关性的研究，包括微接触区动态跟踪、滚动摩擦、滑动接触摩擦、全膜接触摩擦、混合接触摩擦、摩擦损耗精确预测、复杂微接触区域上的动态牵引滚动接触问题等模型与预测方法；进一步研究包括轴承微观形貌与滚道形式等对摩擦及损耗的影响，并通过实验验证模型的准确性。
（4） 真实工况试验与理论预测有效结合及对轴承远期性能发展的预测 高速重载精密轴承通常工作在特定的真实工况下，其性能与失效模式往往不适合通过加速实验方法进行寿命预测。通过轴承界面复杂相互作用的动态接触理论及摩擦学系统行为的研究，发展将真实工况下的轴承实验与模拟研究的有机结合模型，据此实现对真实工况下轴承远期性能发展或失效表现的有效预测。
（5） 急速启停工况轴承动态接触行为对轴承可靠性影响规律的研究 急速启停工况是指轴承在极短时间内运动状态和承受载荷发生剧烈变化的一种工况，其研究成果有着重要的应用价值。高可靠性的要求需要对其接触机理与寿命预测给出准确的理论预测与实验评估。在这一类脉冲高速精密轴承中，极速工况下百分之百可靠性的要求对轴承的设计与制造及安装提出极高的要求和技术上的挑战，需要对整个轴承界面系统对工况的适应程度和工作机理以及失效机制进行深入的认识，包括急速启停工况下的微接触区域的变化规律、混合接触、微观界面几何拓扑结构设计与制造等对轴承性能的影响。此外，急速工况的动态微接触及其对动力学系统影响的分析也包括在该研究中。
经费比例：15%
承担单位：西安交通大学、瓦房店轴承集团有限责任公司、新疆大学 课题负责人：王凤才
学术骨干：徐华、马忠超、张优云、买买提明.爱尼
课题2、高速重载精密轴承润滑机理及热失稳机制 预期目标：
针对高速重载工况下引发的轴承润滑失效和热失稳问题，建立多因素耦合的宏微观润滑接触分析模型，揭示高速、重载工况下滚动轴承的润滑成膜能力；分析润滑膜热失稳机制；建立局部微凸体上润滑膜破裂和表面温度的关系；研究轴承系统中润滑油的分布规律及对润滑性能的影响，发展真实工况条件下润滑油膜的动态测量技术，为高速重载等极端工况下轴承的稳定精密运行提供理论基础。
研究内容：
（1） 滚动轴承接触界面全尺度多因素耦合润滑接触建模
发展乏油效应和微特征间气穴效应的算法，构建综合考虑表面粗糙度效应、微特征间气穴效应、乏油效应和温度效应等多因素耦合的润滑摩擦理论模型。该模型将可以同时处理不同的润滑接触区，包括表面直接接触，将作为滚动轴承润滑与摩擦机制研究的理论基础。同时发展高效高精度的数值计算方法。 （2） 高速重载条件下滚动轴承的油膜润滑机理及界面参数影响规律研究 研究极端工况下滚动轴承摩擦副的表面形貌参数、接触体温升、接触体应力分布及变形、润滑油流变特性对成膜性能的影响规律；润滑膜的流变、时变特性与承载能力的关系；高温润滑失效机制和控制方法；为滚动轴承的接触副结构和润滑设计提供基础。
（3） 高速重载工况下滚动轴承接触界面流体润滑的热失稳机制 研究轴承在高速重载工况下温升引起的润滑膜热失稳机制。轴承在工作的动态过程中，润滑状态将随工况参数的变化而发生转变。本研究将通过实验手段和数值模拟，考察润滑膜热失稳的发生、表面膜的吸附和解附以及对摩擦系数的影响，建立微凸体上润滑膜破裂和表面温度的关系，进而确定油膜破坏的临界温度，为流体膜热失效提供判据。
（4） 轴承工作条件下润滑介质在运动界面的分布规律和成膜机理研究 探索高速条件下轴承中润滑介质在接触界面的分布规律。建立轴承固体表面润滑介质分布的测量方法，研究高速条件及轴承特有的运动学及动力学特征下润滑介质的分布,为轴承润滑理论分析中润滑介质的供给提供理论依据。应用数值分析及实验手段研究轴承中润滑油膜的建立及行为特性，重点在于极度微量供油时不均匀或不连续油膜区的建立，过渡及保持。通过该方面的研究，找到最佳供油量条件与载荷、速度及表面特征等的关系，并得到油膜形状、厚度、边界膜所占比例等与供油量之间的关系。同时研究表面所携油层厚度为微米尺度条件下的油膜厚度和形状。研究结果将纠正关于供油条件的错误理解，为更有效、更经济、更环保的润滑设计提供理论依据。
（5） 真实条件下滚动轴承润滑油膜的测量技术及相关机理研究 开发能够模拟真实工作条件下滚动轴承的润滑油膜测量系统，在轴承系统中对滚动体与滚道间的润滑过程进行直接观察与测量。通过实验测量，揭示轴承真实工作条件下的润滑状况，主要包括润滑油膜的建立及演化过程、油膜的厚度及形状特征、以及各滚动体润滑副之间的相互影响。利用开发的测量系统研究不同润滑条件下轴承的润滑特征，包括自由表面油层的分布特点，润滑区油膜的特性，为其工程设计提供基础数据。
经费比例：15%
承担单位：北京理工大学、青岛理工大学 课题负责人：王文中
学术骨干：郭峰、孔凌嘉、胡纪滨、杨沛然
课题3、轴承多重润滑膜生成机理及新型轴承润滑材料设计 预期目标：
阐明轴承复杂运动导致的多种物理化学过程对轴承润滑膜生成与失效行为影响
规律，发展轴承表面多尺度微/纳复合结构自适应固体润滑薄膜构筑的新原理和新方法，探索具有极端条件适应性和表面损伤自修复性的轴承润滑剂结构设计、制备及轴承摩擦表面远程在线结构重整、表面强化及表面微损伤自愈合的新理论与新方法，建立基于固-液耦合多重润滑的高可靠自适应润滑技术的相关理论，阐明其在极端条件下与环境相互作用规律，为高速重载精密轴承系统提供先进轴承润滑材料方面的理论与技术支持。
研究内容：
（1） 研究极端工况条件下轴承构件表面润滑膜生成与失效行为机制
以典型精密、重载或高速轴承系统的润滑材料为研究对象，根据其使役环境和特殊运行指标，在模拟服役速度、温度、压力、环境及随机突变工况下等条件下，通过摩擦学试验研究轴承表面层、润滑介质的分子结构及微纳结构对轴承摩擦界面润滑膜形成与失效行为的影响规律；研究轴承表面与润滑剂在摩擦过程中的物质交换、分子生成及微结构演化规律，在此基础上得出多因素耦合作用下轴承界面物质结构演化过程以及轴承润滑失效的材料学机制，为轴承表面的微纳米结构设计加工及润滑剂的分子设计奠定理论基础。
（2） 轴承构件表面微/纳复合结构固体润滑薄膜构筑 基于低温真空薄膜沉积技术，采用磁控溅射复合磁过滤阴极弧气相沉积复合方法，从薄膜纳米/非晶复合结构、多元/多界面材料特性协同以及表面织构化效应三方面入手，在轴承摩擦副表面发展高硬度、高韧性、超低摩擦系数、优异抗磨性能以及具有一定摩擦环境自适应、自修复和自润滑特性的多尺度织构化碳基复合薄膜体系。重点突破表层非晶/纳米晶微结构的可控制备以及表面织构多尺度构筑方法，研究相应的成分和结构与薄膜润滑性能关系的尺度效应，从理论上揭示特定环境下膜层自适应与低环境敏感性行为的形成机理，提出该类薄膜体系在高速重载下的失效机理和延寿理论。
（3） 具有极端条件适应性新型润滑介质设计制备
基于分子设计和微纳米结构设计，发展可适应极端温度、极端速度、超重载荷、恶劣环境（强腐蚀、水淋、化学介质、粉尘、深海环境、高空、空间等）的流体（润滑油）及半流体（润滑脂）轴承润滑介质，研究分子结构、微纳米结构与其滚动轴承实际工况之间的关系规律，在此基础上优化设计以突破当前常规轴承润滑剂在极端条件下使用的局限。基于润滑剂与轴承表面摩擦物理化学过程导致的物质交换及结构重塑特性，设计制备特殊结构的化合物或纳米颗粒材料导入轴承润滑体系，研究通过有益界面摩擦物理化学行为及可控摩擦表面沉积过程，实现摩擦表面结构重整、表面强化及表面微损伤自愈合的理论与方法。 （4） 固-液耦合多重润滑体系的设计及服役行为 研究具有特定微结构轴承摩擦表面的使役特性、对不同润滑剂的响应特性及功能退化机制，研究轴承表面润滑改性层对不同润滑剂的适应特性与协同作用，在此基础上研究协同利用轴承表面微结构加工、自适应固体润滑薄膜及外加润滑剂等提高轴承对多变工况环境下适应性的改善效果，在此基础上建立基于固-液复合多重润滑的高可靠自适应润滑技术的相关理论，为高速重载精密轴承系统提供先进轴承润滑材料与技术支持。
（5） 新型润滑材料与服役环境相互作用的机制的研究
研究不同润滑材料与轴承工作条件及周围环境的相关性，研究轴承摩擦副表面层对不同润滑材料的适应特性及协同作用，研究多重因素影响下滚动轴承润滑膜生成与失效机理，探索润滑材料与各种实际工况的相关规律，在此基础上建立高可靠性的相关性模型，发展多因素影响下高速精密重载滚动轴承润滑技术。
经费比例：15%
承担单位：中国科学院兰州化学物理研究所 课题负责人：胡丽天
学术骨干：王立平、孙嘉奕、冯大鹏、阎兴斌
课题4、轴承材料热处理工艺与组织性能调控 预期目标：
实现轴承材料从宏观尺度、细观尺度和微观尺度全面的组织、性能、应力场调控，使之与设计和轴承服役条件最佳配合，提高抗疲劳、耐磨、耐蚀和尺寸稳定等性能，使得兆瓦级风电轴承的使用寿命稳定在20万小时以上，达到时速350公里以上高速轴承的使用要求，满足大飞机轴承的使用要求。
研究内容：
（1） 新型热处理工艺过程中纳米尺度的组织和性能控制机理
基于固态相变理论，以典型轴承材料为研究对象，根据其使役环境和特殊运行指标的要求，对其成分和微观组织进行合理设计，以实现轴承材料微观组织与性能的最优化设计；结合新型的热处理工艺（QP,QPT），通过实验研究轴承材料中的马氏体、贝氏体和弥散碳化物的微观形态和体积分数对轴承材料强度和硬度的影响规律，研究贝氏体和残余奥氏体的微观形态和体积分数对轴承材料韧性的影响规律，在此基础上得出多相组织复合作用下轴承材料的强韧化机理，建立纳米尺度轴承钢的组织和性能控制机理；为精密、重载或高速轴承材料的设计和开发奠定理论基础。
（2） 热处理过程中温度场、组织性能场和残余应力场耦合条件下的计算机
数值模拟
轴承钢的热处理工艺过程中存在复杂的温度场和相变，材料的组织、性能和残余应力很复杂，且相互影响和关联；基于热弹性模型，采用有限元分析模拟，分别从温度场和组织场入手，研究由温度引起的初应变、相变引起的初应变和相变塑性对残余应力场的影响，研究热处理过程中三者之间的耦合机制，并建立轴承钢热处理过程中温度场、组织场和残余应力场之间的多场耦合模型；数值模拟系统研究结果为多场下热处理工艺的正确选择和调整，为进一步优化热处理工艺参数提供理论依据。
（3） 针对不同服役条件下组织和性能精准调控及其工艺原理
高速、重载、高温和精密等不同服役条件下，轴承零件所需要的性能、残余应力场及组织场是不同的，针对不同的服役条件所要求的性能及其空间分布，在纳米尺度的组织调控机理和多场耦合下计算机数值模拟研究成果的基础上，对材料的组织和残余应力场精确设计，并系统研究在纳米尺度控制材料组织和性能场的工艺原理。
（4） 不同服役条件下表面改性技术应用的基础研究
研究轴承零件的精确控制渗碳、渗氮技术；研究轴承零件在不同服役条件下激光熔覆技术的设计、开发和激光熔覆过程中裂纹形成与消除机制，进一步优化激光熔覆工艺参数；研究感应加热的热效应和温度场等随时间变化，并结合表面加热相变、冷却相变、残余应力分布、零件变形等优化感应加热表面淬火技术；，在此基础上建立上述各种改性技术与轴承材料性能之间的关系，发展能形成高断裂韧性的表面改性技术的相关基础研究。
（5） 微纳尺度的组织表征和材料可靠性研究
高速重载精密轴承系统用合金的组织调控从微米发展到纳米尺度，表征材料制备、服役和失效分析中，多种工艺和不同服役条件下的多尺度组织，分析其演变规律；评估材料可靠性，并阐明其与热处理工艺的相关性规律；建立材料可靠性与热处理工艺相关性模型。
经费比例：15%
承担单位：上海交通大学 课题负责人：金学军
学术骨干：徐祖耀、张伟民、李铸国、郭正洪
课题5、轴承滚道基体组织与表面状态可控性制造 预期目标：
阐明轴承滚道基体材料组织状态设计方法和准则；；揭示轴承滚道制造过程中材料晶粒、碳化物组织状态与金属流线的遗传、演化机理；建立滚道基体组织和表面状态的可控轧制工艺规划；探讨磨削加工中磨粒与滚道表面的微观作用机理；研究热、力、相变的耦合作用对滚道表层材料组织、金属流线和表层残余应力分布的影响规律；基于可控的冷却技术和磨削工艺参数建立滚道表层残余应力分布的可控磨削技术；揭示磨粒冲击强化机制和工艺可控机理；为高速重载精密轴承滚道控形控性制造提供理论和技术支撑。
研究内容：
（1） 轴承滚道基体材料组织状态的设计方法和准则
轴承滚道服役过程中材料组织状态损伤演化、裂纹萌生扩展、疲劳断裂机制十分复杂，轴承滚道基体材料组织状态与服役性能相互作用规律以及轴承疲劳寿命主要材料组织影响因素尚不清楚。因此，必须开展轴承滚道基体材料组织状态设计原理与方法研究。重点研究：轴承滚道基体材料组织状态分类与建模；服役条件下轴承滚道疲劳载荷谱计算、测试；疲劳载荷谱作用下轴承滚道基体材料组织状态损伤演化、裂纹萌生扩展机制；高性能轴承材料组织状态优化设计原理与方法。
（2） 轴承滚道成形过程中基体材料组织和表面状态遗传演化机理
轧制成形制造过程中轴承滚道宏观几何形态和微观组织状态同时发生变化，这种变化不仅受到毛坯初始组织状态的遗传影响，而且受到塑性变形程度、轧制成形过程条件等复杂影响。为了揭示材料组织和表面状态遗传演化机理，重点研究：轧制塑性变形热力耦合模型和数值模拟；滚道轧制过程弹性变形区、塑性变形区运动变化和应变状态分布规律；轧制过程基体组织和表面状态演化损伤与裂