使用摩擦学改善产品生活

密歇根州Michigan Metrology / Bruker博士谈论他在摩擦和穿着世界的经验如何看待他努力在汽车和医疗行业中做出更好的更持久的产品。

首先，你能告诉我们一些关于摩擦学史吗？它周围多久了？

它开始了一百万年前，当第一个洞穴人一起敲了两块石头，突然存在摩擦学，因为分钟人们开始摩擦东西，他们已经研究了摩擦摩擦。他们很快意识到润滑是一个好主意，因为他们可以把水放在物体上，看看更平滑的过境。摩擦学是人类参与的根本效果。在历史意义上，洞穴人们开始用石头和石材工具以及形成石材工具，这是关于摩擦学摩擦。敲打石头最终使用摩擦来创造火灾。

摩擦学：追求Vimeo的Azonetwork的寿命。

在一个更现代的意义上，至少在历史书籍中，人们总是回到埃及人，他们展示埃及人的照片移动这些巨大的石雕象和石块，而且它们显然弄清楚了很多关于摩擦，如何移动大的东西。他们开始揭示滑动摩擦的问题，并且它们能够通过使用润滑剂来减轻滑动摩擦。有些人的草图倒入润滑油，通常是流体，动物脂肪或石头下方的东西，以便移动它。他们最终意识到了他们把东西放在滚动元件上，即滚动摩擦比滑动摩擦在滑动摩擦那么古代人真正正在处理摩擦学的情况下。

Da Vinci是第一个绘制两个曲面互相摩擦的人，他发现摩擦学是什么？

达芬奇是他开始系统化和研究我们称之为摩擦规律的先驱之一。当然，他们不是真正的法律，如牛顿的引力定律。它们只是经验观察，当你一起摩擦身体时，存在某种行为，并且这些物体之间的力越大，摩擦力越高。达芬奇也观察到了一些奇怪的东西，这是他所谓的对象的范围，它似乎并没有影响摩擦力。如果我拿一个街区并将其放在宽敞的一侧或者我拿着同一个块并把它放在狭窄的一面，摩擦力是一样的，这是一个奇怪的事情，摩擦力似乎没有依赖在物体的程度上以及它触摸表面的程度。Davinci的两项法律是：

• 在接触的区域，对摩擦力没有影响
• 如果一个对象的负载加倍，其摩擦也将增加一倍

这导致了很多不确定的摩擦力，了解科学，直到法国人，Guillaume Amontons（1663-1705），重新发现并重新开发了这些亚博老虎机网登录摩擦定律。此时，有很多误解，或各种理解，我应该说，因为事实证明，他们都对摩擦来源有关。两个滑动物体，一个反对另一个，导致摩擦，有些人认为，“很好，它必须用表面粗糙度做，因为一个表面在另一个表面滑动，这些小山脉和山谷互动并导致一些有点，说，干扰使抵抗力。“其他人认为更多的摩擦来自表面之间的粘附，并且真的无关紧要的表面粗糙度。如果您有非常非常光滑的表面，摩擦力往往来自粘附力。如果你有非常非常粗糙的表面，那么实际上，摩擦力可以来自一个物体越过另一个物体并彼此剥落，然后在所有这些都是你得到有趣的科学的地方。亚博老虎机网登录直到大约60年前，这并没有真正理解，这就是这个领域的潮流。该领域，鲍登和塔博尔的真正关键人物，基本上出现了一个新的想法。这些论点是，可能摩擦是关于与真正的接触区域和粘连有关的东西，所以它连接了表面纹理和粘连的两个思想，并证明它们几乎正确。 This launched the revolution in friction and tribology, along with new technology such as scanning electron microscopes and stylus profilometers, that allowed us to look at the surface texture in more detail.

这项新技术有什么帮助?

这些科学家现在能够更详细地查看表面，并意识到这一点是有道理的。当你把两个表面带到一起试图了解他们的摩擦界面时，什么是真正的联系方式？他们意识到，一旦我知道真正的接触区域，乘以通过某种类型的接触区域之间的粘合，然后我可以在摩擦来自哪里的手柄。事实证明，模特效果很好。如果你带领极端，如果表面变得超级，超级光滑，那么真正的接触区域非常非常宽，摩擦变大。另一方面，如果表面变得非常非常粗糙，则初始的接触区域可能很小，因为小山脉坐在彼此顶部。但在那一点上，你不是在这种粘合机制中，你更进一步，在一个表面耕作另一个表面，所以在非常粗糙的表面上，摩擦也可以变大。实际上，涉及摩擦和表面纹理时有三个制度。如果它太光滑，你可以有高摩擦，太粗糙，你可以有高摩擦。在一些最佳的表面纹理，您可以获得最小的摩擦量。

那么这与当前的挑战是什么？

该行业在过去几年所面临的挑战是，不同的表面表现不同。现在所发生的事情在目前世界上纳米是物理学的一个全新的世界在我们称之为纳米摩擦学开放。因为现在，当我们到了一个等级，其中的对象是如此之小，相互作用的力时，粘附力，毛细管力，行事以这样的方式，我们的摩擦的基本规律是无效的。我们正在谈论的摩擦下一个可以在这些微电子机械结构经历。这在使用扫描电子显微镜，原子力显微镜，光学轮廓仪，以及其它类型的设备来了解在纳米水平摩擦学开辟了一个新的领域。

如何有你的客户群和他们的要求改变多年来，还是他们？

是的，他们确实改变了。我有两个主要的市场:汽车市场，当然还有医疗市场，很多医疗产品。在汽车方面，最主要的驱动因素是人们只是要求永久的保修期。我的意思是，如果你想想这个，一个很好的例子是火花塞，我们以前有真正的火花塞。我们过去经常更换火花塞。换火花塞没什么大不了的。你不再换火花塞了。这就是所有的组成部分。我们希望所有的汽车部件永远不用更换。我们不希望它们破裂。 We don't want things to wear out. We don't want things to start making noise. The quality demand that we have on our automobiles is enormous.

这越来越多地推动我们的行业。不仅仅是质量，还要感知。它会上班。例如制动行业。这辆车将停止。这不是问题。问题是，它停止时感觉如何？它停止时听起来如何？这是问题。消费者正在为我的公司受到这一点的这种高度质量来开车，因为人们不仅驾驶，而且说，在它使用时，新的部分如何发出新的部分，但这部分持续多长时间？ Both the initial, if you will, tribology, and then the wear rate and how long will it wear.

那你的医疗客户呢?

对于医学行业也可以说同样的事情，因为我们正在成为这些仿生生物。我们觉得只需更换膝盖即可更换膝盖，就像它没有大不了的事。我必须得到一个新的轮胎，我必须得到一个新的膝盖，然后在新的膝盖上跑去20年。驱动器是获得可更换的部件，使它们易于安装。非常简单地，交付，以及使他们永远持续的需要，正在推动需要了解表面饰面，并与摩擦学的面对面，以优化磨损，表面纹理，表面涂层，甚至只是基材和/或设计。我猜，消费者的生活越来越长，想要驾驶不打破的汽车，让我能让我成为商业。

如何摩擦学涉及到长寿现代汽车？

我们呼吁保修可靠性，这是一个巨大的问题，因为部分汽车中的数量是巨大的。当你想到这一点，每一个是内置的汽车没有进行测试。它的建成，它的运输和你买它，你指望它最后的几十万英里。与此相比，布鲁克实验室设备。app亚博体育我们建立我们的显微镜。我们测试他们死亡。我们小心将它们组装。我们把它们运。我们建立他们在现场发回。我们非常小心测试它们。 After we're happy with them, then we let the customers use them. Our equipment costs hundreds of thousands of dollars. A car costs 30 grand along with all the parts in it. Can you imagine? You just turn the key and you go and you expect it to go forever. That's the difference.

一辆汽车的每一个部件背后都有一个主要的工程——你无法想象我所见过的那些东西。其中最奇怪的是遮阳板。遮阳板是非常重要的技术有些人的职业生涯几乎都是在你车里的遮阳板上工作。我们在寻找光和遮阳板之间的关系，遮阳板的感觉，当它移动时，遮阳板是否会发出噪音，它是否会留在你放置的地方。摩擦学本身为很多人创造了职业生涯因为遮阳板上的机制有所有你想听到的摩擦学知识。有滑动面。你需要一定的摩擦力。你希望摩擦力在移动时不产生任何噪音。你想让它留在你放置它的位置，当你用完它，能够把它移开，当然它应该能持续20万到30万英里。这只是车的一部分。 The issue of noise for cars under warranty is enormous. When it comes down to it, most of my time is spent helping people solve problems related to either squeaks, leaks, friction, wear, appearance or adhesion. That's pretty much all the issues that I get involved in. Squeaks are noise. Noise is a phenomenal problem in the auto industry. We take for granted how much we hear. Noises affects our perception of the quality of that car.

佩戴的组件怎么样？能给我举个例子吗？

当然，我们不希望事情磨损，所以我们必须学习磨损。可能是磨损的更有趣的应用之一是在传感器中。我们的汽车充满了传感器，随着我们越来越多地向汽车和物联网移动而移动，我们到处都有传感器。传感器通常涉及相对于其他东西的东西。它们可以是非常基本的，就像一个小型机械对象滑动电阻，更先进，就像它们上具有不同结构的MEMS器件。他们还在搬家，我们仍然担心摩擦，但在纳米镜头上。再一次，这完全是关于摩擦，这都是关于磨损的全部;这些东西如何磨损，因为传感器磨损，不幸的是，它将给我们一个错误的信号。

这使我想到一个情况下，我以前工作过多年。一个汽车制造商有一个非常大的召回，因为他们的汽车被气跑出来，这些都是全新的非常昂贵的汽车。客户被拉低高速公路和煤气罐会读半箱，和所有突然，车子就停下，他们不明白发生了什么。原来，该传感器是失败。有人告诉他们，他们过气的时候他们没有。但是，当你气体在公路中间，在70英里每小时跑出来，这不是一件好事，政府的介入。我走进与NTSA人的会议，每个人都在对方尖叫，试图找到问题的底部。原来，有很多的问题，人们对影响传感器和传感器制造汽油指责它。在那些日子里的煤气罐从钢移动到塑料，使他们也认为塑料是造成问题。这是一个严重的召回计划，并且是第一个我真的削减我的牙齿。 I was able to see when the big leagues get involved how much they throw at a problem. It came down to a wear issue, and the sensor was wearing out prematurely. It took a lot to solve the problem, including literally building brand new cars off the line with sensors of different designs and then driving them around town on these special courses 24 hours a day, taking the car apart after every 5,000 miles and analyzing the sensor. This is the kind of stuff that goes on in Detroit day in and day out, and most people don't realize.

人们的生活较长，需要持续20年的医疗器械，司道学如何贡献？

在医学领域，有很多摩擦的问题。仔细想想，这是一件很了不起的事情。在过去的50年里，我们所说的非侵入性手术取代了打开心脏进入心脏的手术数量急剧增加。它们实际上是通过你的动脉输送导管。从摩擦学的角度来看，这是一个很大的挑战。他们用一根很细的金属丝将金属丝穿过你的动脉系统。那种金属丝具有非常光滑的表面光洁度，以及其他特性。我见过这个，这个让你大吃一惊。我们的动脉系统不是一条直管，而是一条迂回的路径。这根金属丝要往各种奇怪的方向走而且不能刺穿动脉。 Then you get that wire through your body into your heart and that's just a guide wire. Now, you slide a conduit over that wire. All that sliding, that's serious tribology. You want to make sure that there is obviously as little friction as possible, both on the metal guide wire on the inside, if you will, the lumen of that tube, and the exterior, which is sitting on your vessel wall. The actual physics that goes on in development of those surfaces, their surface texture, as well as the chemistry of the material, is phenomenal. The friction coefficients that these guys quote blow you away at how small it is, which as I'm getting older I'm glad to know because I might need these things.

你有没有在那里的医疗设备都得到了持续很长一段时间的任何其他的例子吗？

好的，在医学行业发生的例行问题相当一点是一个特定的应用，其中有一种在某种电疗装置中使用的电极。它植入了某人的身体。它可能是一个心脏植入物或某物，但它是一个电极。电极必须具有非常特定的表面纹理，使其基本上变成肌肉组织。对于本项目的第一阶段，我们实际上实验了不同的表面纹理和不同的规格，直到客户指出他们所需的规格。然后他们投入生产。然后是，常规，每月一次或一次每六个星期一次，我会在释放到生产中之前衡量一系列零件。我们将这种测量和数据分析历史保持了多年的数年，因此他们可以判断他们是否在其生产中漂流并将其与设备的性能相关联。

关于可能必须持续20年的联合替代品怎么样？

你一直在知道它在植入物业中回忆起来的新闻中。一个很好的例子可能是臀部植入物。突然间，臀部植入物材料没有粘合骨骼，它变得松动，这不是件好事。很多时候，这与部分的基本表面粗糙度有关，并且可以在表面纹理上再次进行规格。它通常是一个非常简单的测量。给我一个好的部分，给我一个糟糕的部分。只需要两个。如果他们真的，真的很好，真的，真的很糟糕，我只需要两个。然后你对那些进行测量。这通常很明显，一个人不是正确的质地。 Again, they might have met a spec but the spec was just improperly developed and then you start to get into lawsuits.

FDA是否参与了这些医疗设备问题？

是的，使用医疗器械，案例总是如此。大量材料是不同器件亚博网站下载中使用的聚合物材料，体内很多塑料。公司将通过开发过程，并将确定该材料的测量协议，并在获得其设备批准时与FDA发布。然后他们有办法回去说，“好的。这是表面粗糙度，这是它为此特定设备测量的方式。”他们必须这样做，他们会证明，然后随着时间的推移，他们监控它以确保他们遇到他们的规格。

回到汽车。来自摩擦学观点的汽车行业的未来是什么？

所有这些交通事件的结果，它真的归结为物质科学，这就是布鲁克在理解和帮助优化材料科学方面的融合。亚博老虎机网登录行业正在发生的地方以及为什么它当然是因为经济学。每年都不会买一辆新车，就像我说，我们正试图永远制作汽车。当我们越来越多地走向更安全的驾驶时，我认为可能是关键问题，我们正进入一个新的全球电气化和智能汽车。我开始看到曾经是物质科学家的人，他们仍然是重要的科学家，但他们的名片表示“物质科学电气化”。亚博老虎机网登录它们参与了电气化的材料。亚博网站下载这可能是从电池到电机到电机的任何东西，因为它很清楚我们正在向电动车辆移动。总有一天就像机械手表被取代一样，我们将有电动车，这是有意义的。当电动车的基本问题得到解决时，基本上是范围，电池储存和所有这些，它在世界上最有意义地拥有电动汽车。

我不知道你是否见过这些统计数据，但如果你看一辆机械汽车，每个人都疯狂，每小时达到每小时60英里。一个特斯拉在店里的两秒和半秒钟中做到了这一点。这是作为直接驱动汽车的一部分。你已经将加速度缩短了一半，并使该动力系完全不同。我们无法击败这一点。毫无疑问，我们正在电气。随着电气化，存在很多重要的材料挑战。电池存储问题我们在那里看到了一个大应用。另一件事情发生在汽车行业中的大时间，我沿着电气化线很兴奋，更像是事情的概念。我们的汽车现在越来越聪明的想法是令人兴奋的。 This means the autonomous vehicle everyone is talking about is very close. Driving a car is going to become very safe. That's very exciting to me.

我们的车已经在路上互相交谈的想法，以避免事故，将挽救的金额和生活量是一个非常令人兴奋的发展。想象一下，我们在车上没有太多的机制。我的意思是，如果我们想到这辆车今天多么疯狂，那就太高刻了它的现象。您从这种简单的内燃机开始，带有活塞和一个环，而且可以上下滑动，它连接到连接杆，连接推杆，你得到了所有这些小机械的事情，似乎是一团糟。为了优化它已经完成了150年，而且涉及的机械工程和材料科学是现象。亚博老虎机网登录现在我们有电子设备可以控制所有这次机械手足汇由，进入传输并忘记它。当然，替代方案是您只需用一些电动机更换它，直接在车轮上直接驱动，因此没有变速器和更少的移动部件。我们正朝着电动汽车前进。我认为毫无疑问，我只是不知道何时，经济上它需要一段时间，但我们将达到这种电气化，并将再次推动材料的研究和测试。亚博网站下载我们所发现的是，汽车为汽车建造材料的大部分成本是电子产品。亚博网站下载 When you think about all the electronics and how many processors are in a car, how many sensors are in a car, it all comes back to Silicon Valley technology.

了解在唐的实验室仪器

关于Donald K. Cohen博士

Cohen博士拥有the University of Michigan - Dearborn的物理学学士学位，以及the University of Arizona的物理学和光学科学研究生学位。亚博老虎机网登录在他职业生涯的早期，Cohen博士在IBM的光盘驱动器开发工作。他后来加入WYKO Corporation担任产品经理，最后担任副总裁，开发3D表面纹理测量仪器。1994年，Cohen博士成立了Michigan Metrology,LLC，以帮助工程师和科学家解决与“泄漏，吱吱声，摩擦，磨损，外观，粘附和其他问题”相关的问题，使用3D表面微纹理测量和分析。