青岛理工大学李长河教授团队——绿色磨削：文献计量学和知识图谱分析|CJME论文推荐|文献计量学|李长河|纳米|绿色磨削|论文|青岛理工大学

引用论文

Wu, H., Liu, J., Ji, C. et al. Eco-friendly Grinding: A Bibliometric and Knowledge Map Analysis. Chin. J. Mech. Eng. 38, 41 (2025). https://doi.org/10.1186/s10033-025-01198-7

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关于文章

研究背景及目的

随着制造业整体向绿色转型，磨削作为其中的高精度加工方法，如何实现磨削加工的绿色转型，已经成为了学术界和工业界的关注要点。然而，近年来关于绿色磨削的研究不断增加并且多样化，特别是相关技术机理与发展现状尚不明晰。

试验方法

本文使用计量学方法对近十五年（2008-2023）年间发表在WOS上的相关文献进行了分析。

Figure 1 (a)Green development planning diagram[1], (b)Industry cost breakdown, (c)Detailed manufacturing cost distribution diagram

Figure 2 Paper framework diagram

Figure 3 Global publication trends on environmentally friendly grinding from 2008 to 2023

结果

发现中国发文量最高（45.38%），印度其次（17.44%）。从事相关的机构主要集中在中国、印度和巴西。发文量排名前十的期刊中，70%的期刊属于Q2及以上。除了机构和期刊之外，还分析了该研究领域最有前途的作者和文献。分析得出，目前热点领域是MQL磨削以及相关改进技术。通过热点研究全面回顾了MQL技术的发展路线，揭示了生物润滑剂和纳米粒子作用机理以及对加工性能的影响规律，进一步地揭示了多能场雾化机理，液滴浸润能力以及对加工性能影响。

Figure 4 (a) Visualization map of international collaboration among countries/regions; (b) Citation network visualization map generated using VOSviewer for different countries/regions. The number of lines reflects the strength of citations

结论

(1)出版趋势：环保研磨相关出版物数量逐年增加，平均增长率为 8.34%。在出版该主题的 118 个国家中，中国以 45.38% 的出版物数量领先，其次是印度，占 17.44%。该领域的领先机构位于中国、印度和巴西。巴西的 BIANCHI EC 出版物数量最多（81 篇），而中国的 LI CH 出版物数量为 80 篇，H/G 指数最高，分别为 48 和 80。此外，按出版量排名前十的期刊中有 70% 的排名为 Q2 或更高。

(2) 关键词分析：“MQL”作为关键词出现337次，引用次数最多的论文与MQL有关，凸显了其在2008年至2023年期间作为环保磨削技术的突出地位。其他热门关键词，如“植物油”和“纳米流体”，反映了人们对这些技术的研究兴趣日益浓厚。

(3) 生物润滑剂：生物润滑剂由于其脂肪酸含量高，具有出色的冷却和润滑作用，脂肪酸可通过与金属表面的皂化反应形成润滑膜。脂肪酸可分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。虽然不饱和脂肪酸具有更好的粘度和表面张力，但它们的C=C双键容易氧化，导致性能下降。长链脂肪酸由于分子间内聚力更高，可以产生更强的润滑膜；例如，菜籽油（C22）的性能优于大豆油（C18）。对于饱和脂肪酸，当碳链达到 16 个原子时，润滑效果达到稳定状态。混合不同粘度的生物润滑剂可以提高性能；例如，与单独使用蓖麻油相比，大豆油和蓖麻油的 1:1 混合物在研磨 GH4169 时可将切向研磨力降低 27%。

(4) 生物润滑剂中的纳米颗粒：在植物基润滑剂中添加纳米颗粒可以改善润滑和散热。不同的纳米颗粒形状对润滑的影响不同。球形纳米颗粒倾向于形成轴承状结构，而洋葱状纳米颗粒在滚动时会脱落层，层状纳米颗粒通过层剪切增强润滑。MoS2 和 CNT 混合物（2:1）通过解决 MoS2 的失效倾向和 CNT 聚集来改善润滑剂性能，从而提高稳定性和有效性。

（5）基于MQL的先进技术：为了解决极端边界条件，已经开发了各种基于MQL的方法。在CMQL中，植物油液滴的表面张力在低温下上升，降低了磨削区的润湿性，但增加了润滑剂的粘度和油膜厚度，从而提高了负载能力，防止了工具故障，并减少了表面烧伤。静电增强更有效地分散液滴，降低表面张力和接触角以提高润湿性。超声波辅助MQL分散雾滴，驱使纳米颗粒撞击加工表面并提高表面质量。磁场增强将纳米颗粒引导到磨削区；例如，在钛合金上使用Fe3O4和GR混合物（2：1）可以将磨削力降低高达30％，从而提高效率和表面质量。

（6）干磨削和固体润滑：砂轮表面形貌和固体润滑剂涂层的进步降低了干磨削和固体润滑磨削中的磨削力。在磨削碳钢时，热管轮可使磨削温度降低高达 50%。然而，它们对加工高难度材料的有效性尚未在已发表的研究中得到证实。

前景与应用

绿色磨削技术的研究已经持续了几十年。自上个世纪以来，已经提出了超声辅助干磨、固体润滑磨削、液氮冷却、低温气流冲击冷却和MQL磨削等方法。由于设备、成本和精度等因素，MQL磨削已成为工业中应用最广泛的技术。基于目前的进展，MQL及其相关技术有望引领未来的绿色磨削创新。潜在的研究方向包括：

（1）优化MQL基础液：常用作MQL基础液的植物油由于C=C双键在高温下易分解，导致润滑性能不稳定。在这些流体中添加纳米颗粒可以提高磨削性能，因为不同的纳米颗粒具有不同的优势。建立一个数据库来指导最佳纳米颗粒的选择，考虑到CGN的高减摩性但渗透性有限等因素，对于推进MQL技术至关重要。

（2）多能量场强化：不同的加工方法和材料需要特定的加工参数，尤其是难加工材料。将这些参数与能量场强化相匹配是一个值得探索的领域。如何平衡低温磨削中的强化冷却效果与工件材料中可能出现的复杂应力诱导反应。需要定量评估超低温冷却对材料性能的影响，并确定超低温介质影响不同材料的阈值。在静电强化中，高压静电可以改变表面晶体，但影响这些变化的参数仍不清楚。磁场强化也是一个相对较新的领域，研究有限。未来的研究应致力于确定磁场强化的最佳边界条件，从而提高加工难加工材料的效率和质量。

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关于作者

作者团队介绍

李长河（通讯作者），博士、二级教授、博士生导师，俄罗斯工程院外籍院士、山东省泰山学者特聘专家、山东优秀发明家、山东省优秀科技工作者，中国高被引学者、全球高被引科学家、斯坦福大学终身科学影响力排行榜和2023年度全球前2％顶尖科学家，中国机械工程学会磨粒加工委员会委员、中国机械工程学会光整加工委员会理事、Intelligent and Sustainable Manufacturing创刊主编，Chinese Journal of Mechanical Engineering副主编，山东省教学名师、山东省优秀研究生指导教师、宝钢优秀教师、全国挑战杯优秀指导教师、青岛市劳动模范。主要从事智能与高端装备、准干式制造等方面的研究工作。连续承担国家自然科学基金面上项目5项，国家重点研发计划课题3项，国家机床重大专项课题1项，山东省重大科技创新工程项目1项、山东省重点研发计划4项、山东省自然科学基金4项、青岛市科技计划项目5项。其中3项国家自然科学基金面上项目被遴选为机械工程领域国家自然科学基金优秀结题项目。

发表SCI/EI收录论文251篇，其中SCI/JCR(1-2)区81篇，并有63篇ESI高被引论文，20篇热点论文，总被引14000余次，h指数70；入选2022年国内学者学术影响力排行榜第25名（机械工程领域全国仅70人），2023年国内学者学术影响力排行榜第10名（机械工程领域全国仅43人），在国内外同领域具有较高学术地位和知名度。出版专著5部，主编教材9部。以“纳米流体微量润滑”为主题词在谷歌学术检索，总篇数中50%来自本项目团队。获得美国、韩国、澳大利亚等发明专利授权69项，PCT国际专利57项，国家发明专利授权137项，软件著作权59项。

获得中国专利优秀奖6项、山东省技术发明1等奖、山东省高等教育教学成果1等奖4项，山东省自然科学2等奖，山东省技术发明2等奖、教育部高等学校科学研究优秀成果2等奖，山东省专利1等奖3项；此外，还获得中国商业联合会科学技术1等奖2项、中国产学研合作创新成果1等奖、中国循环经济协会科技奖1等奖，中国机械工业科学技术2等奖，中国石油和化学工业联合会技术发明2等奖，山东高等学校优秀科研成果1等奖4项，青岛市科技进步1等奖等科研教学奖励20余项。

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作者：吴浩

责任编辑：谢雅洁

责任校对：向映姣

审核：张强

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