论文题目：基于润滑涂层的超声电机新型摩擦界面设计与研究
论文作者：汪国庆
学科专业：机械工程
指导教师：赵淳生 教授
读博感言：自强不息，厚德载物
作者介绍
汪国庆，南京航空航天大学航空学院机械工程专业2024届博士毕业生（入选我校研究生拔尖创新人才培养“引航计划”三期），现为南京林业大学机械电子工程学院副教授、硕士生导师。长期从事摩擦学与表面技术研究，在《Tribology International》、《Wear》、《Applied Surface Science》、《Surface & Coatings Technology》等高水平期刊发表学术论文50余篇；主持国家自然科学基金青年项目（C类）、江苏省自然科学基金青年项目、教育部重点实验室开放课题、南航博士研究生创新与创优基金等多项科研项目；入选首届中国科协青年人才托举工程（博士生专项）、中国工程机械学会博士学位论文激励计划，以及江苏省航空航天学会“博士学位论文托举工程”。目前担任“Surf Young”表面科学技术博士研究生/博士后学术论坛召集人，兼任多个国内外期刊青年编委，并长期承担《Tribology International》、《Surface & Coatings Technology》等期刊审稿工作。曾获博士研究生国家奖学金、胡海岩科技创新奖、航空工业一等奖学金、“临近空间杯”博士生科技创新奖二等奖、江苏省“三好学生”、第七届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛金奖（排1）、第十三届“挑战杯”大学生创业计划竞赛金奖等荣誉。
研究背景、选题意义、选题价值
超声电机利用压电陶瓷的逆压电效应和摩擦耦合实现运动转换与能量传递，具有精度高、响应快、断电自锁、无磁等原理优势，在航空航天、武器装备、生物医疗等精密驱动领域具有广阔的应用前景。然而，传统超声电机的摩擦界面多采用聚合物材料与铜定子配副，其耐温性和耐磨性不足，在热真空、高负载或长期运行条件下易发生磨损甚至失效，严重制约了电机的输出性能、运行稳定性和服役寿命。
针对上述瓶颈，本研究突破传统设计方法，提出了新型摩擦副设计方法，解决了超声电机热真空苛刻环境下的磨损问题，大幅提升了超声电机空间使用寿命，为特殊环境下的适应性和可靠性提供了奠定了良好基础，具有重要的理论意义和工程应用价值
主要研究内容
1.采用分子动力学模拟，研究了铜-铝和铜-氧化铝摩擦界面的微观作用机理与磨损行为。在此基础上，提出在铜定子表面构筑MoS₂和WS₂固体润滑涂层，并与铝合金转子微弧氧化生成的Al₂O₃膜层配副，从理论上设计了新型耐磨界面。
3.在铜表面制备了MoS₂和WS₂涂层，测试了其粗糙度、硬度、结合力等机械性能。系统研究了不同载荷、速度和温度下的摩擦学性能，建立了相应数据库。利用随机森林、极端随机树、梯度提升回归树等机器学习模型，对摩擦系数和磨损率进行了预测与特征重要性分析。
4.将两种润滑涂层界面应用于超声电机，对比了输出性能。系统研究了预压力、激励电压、激振频率等对新型电机性能的影响，并测试了电机长时间运行后的磨损情况。最后，设计了基于该新型电机的倾转旋翼机构，验证了其高精度、快速响应和高稳定性。
1. 突破传统聚合物-铜定子匹配方式，设计了基于固体润滑与陶瓷耐磨复合涂层的新型摩擦副，为提升超声电机空间服役性能和拓展其应用范围提供了新思路。
2. 综合运用分子动力学模拟、宏观摩擦学实验和机器学习等方法，系统揭示了润滑涂层摩擦界面的微观作用机理、服役条件下的性能演变规律及摩擦增强机制，建立了完整的摩擦学性能数据库。
