摩擦副表面物化特性对纳米级膜厚的影响

为研究固体表面物理化学特性对 nm级润滑膜厚度的影响 ,以铝、铬、钛和二氧化钛作为基体表面材料 ,采用NGY- 2型 nm级膜厚测量仪 ,对 136 0 4标准粘度液、添加有10 %十六酸乙酯的 136 0 4溶液和液体石蜡的膜厚进行了测量 ,并利用 Fourier红外分析仪对润滑剂在实验前后的成分变化进行了检测。红外光谱数据表明 ,不同基体下 ,润滑剂在实验前后的化学成分没有发生变化。膜厚测量结果发现 ,基体的表面物理化学性质对润滑膜厚度有较大影响 ,对基体Al,Cr,Ti,Ti O2 ,弹流润滑向薄膜润滑的转变的临界膜厚按基体表面能增大的顺序依次增大。该研究为处于薄膜润滑状态的润滑系统摩擦副的设计提供了理论基础     

薄膜润滑研究的进展与问题

论述了薄膜润滑与润滑状态划分,薄膜润滑的特性,固/液转变与有序分子膜,薄膜润滑的失效,微流体的等效粘度与流动特性,高分子薄膜润滑的机理,纳米级固-液二相流,超滑等方面的研究进展和目前存在的尚未解决的问题.     

纳米级润滑膜失效实验研究

采用光干涉法相对光强原理对点接触中心区进行了润滑膜厚度测量,该方法在垂直方向的分辨率可达0．5nm,水平方向可达1 μm．讨论了膜厚与压力,速度和润滑油粘度之间的关系,观察和分析了流体润滑膜的失效现象．实验结果表明如果接触压力足够小或者润滑油粘度足够高,即使在一个很低的速度下也能清晰地观察到流体动压润滑效应．当压力增至某一定值,在膜厚—速度曲线上可观察到一个转折点,当速度降到此点以下时,润滑膜厚度将很快减小到几个分子层厚,此时,润滑膜不再具有流体润滑特征,即流体润滑膜失效．对不同粘度的润滑剂,失效点会出现在不同的速度和压力下．要使接触区在较高的压力下形成流体膜就必须施加更高的速度或使用更大粘度的润滑油．最后建立了失效点的压力、速度和润滑油粘度之间的关系．     

极压润滑剂基础油分子结构对边界润滑的影响

通过四球机试验和双圆盘胶合试验机试验,考察了极压润滑剂的基础油分子结构对边界润滑的影响。试验结果表明,石蜡基极压润滑剂比环烷基极压润滑剂的承载能力高;基础油的分子与极压添加剂有协同效应,不同分子结构的油性膜和极压反应膜相互影响,形成不同的边界膜;以极压反应膜为主,油性膜为辅的润滑则化学磨损严重且表面易涂抹;以油性膜为主,极压反应膜为辅的润滑则边界膜强度高且摩擦表面基本保持原始形貌;完全是油性膜润滑则边界膜强度低;极压添加剂的含量增加则边界润滑的承载能力显著提高,但它对部分弹性流体动力润滑的承载能力提高得不显著。     

连续粘变条件下的速度场分析

流体的流动状态将直接影响轴承的润滑特性，轴承的润滑特性主要由润滑剂的粘度决定。工作中润滑剂的粘度变化影响其运动速度的变化，从而影响润滑剂的温升及内剪切稀化的程度等。尤其在薄膜润滑中，润滑膜的厚度极小，润滑剂流体粒子间的相对运动速度增大，其润滑剂特性的变化更为突出。以连续变化的粘度修正模型来研究在微小间隙内润滑剂的速度特性，得出间隙内速度的分布规律，为研究薄膜流体温度场和剪切稀化问题提供计算数据。     

非牛顿流体的点接触弹流润滑理论与实验研究

为研究等温条件下幂函数非牛顿流体的弹流润滑特性,基于Ostwald本构模型,采用普适流体润滑方程来求解非牛顿流体润滑问题,探讨了等温、稳态条件下流变指数、载荷、卷吸速度等参数对点接触弹流润滑特性的影响,并与相同工况下牛顿流体弹流润滑的结果进行了比较.再以某一特定流变指数的流体进行弹流润滑实验测量其膜厚,分析卷吸速度和载荷对膜厚的影响.结果表明:润滑剂的非牛顿性越显著,润滑膜厚会越小,压力分布会越接近Hertz接触应力分布,载荷和卷吸速度对非牛顿流体的润滑膜厚及压力分布的影响比对牛顿流体的影响要小.同工况下,非牛顿流体的膜厚均小于牛顿流体的膜厚.从实验测量结果与数值计算结果对比分析可以得出,卷吸速度和载荷对膜厚的影响趋势基本吻合.     

微晶二氧化硅粉体添加剂的抗磨减摩作用

为研究微晶SiO2粉体添加剂的抗磨减摩作用,采用微晶SiO2矿物粉体作为润滑油添加剂,利用AMSLER摩擦磨损试验机研究45#钢摩擦副在添加剂润滑油润滑下的摩擦学特性.磨损后钢环表面的形貌和成分通过扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪进行分析.结果显示:以微晶SiO2粉体为添加剂润滑时在摩擦副表面形成一层陶瓷保护层.相比基础油,在微晶SiO2添加剂润滑油润滑条件下,摩擦副的接触状态由金属之间的摩擦磨损转化为自修复膜层之间的摩擦磨损.添加剂润滑油较基础油润滑条件下的摩擦系数大.摩擦磨损过程中自修复膜层的形成,隔离了金属摩擦副的直接接触,降低了试样磨损失重,具有良好的耐磨性能.     

超薄润滑膜界面滑移现象的分子动力学研究

为研究超薄润滑膜的流变和滑移特性 ,采用了分子动力学模拟方法。模拟系统由 2个固体壁面和介于壁面间的润滑剂分子构成 ,分子模型为正癸烷。结果表明 :薄膜中粒子密度沿膜厚方向呈周期性变化 ,存在某种有序结构 ;薄膜中润滑剂分子的平均速度仍大体呈线性分布 ,但在固液界面和液体层间可以观察到滑移现象 ;壁面滑移率随着剪切率的增加而上升 ,并在高剪切率区迅速增大 ;分子级薄膜中一个重要现象是滑移可能在较低的剪切率下发生 ;薄膜中润滑剂经历着向固态转化的相变过程 ,低剪切率下的滑移率可作为衡量薄膜固化程度的定量判据     

超薄膜润滑的分子动力学模拟

超薄膜（膜厚趋于分子量级）的摩擦特性与宏观流体膜有很大的不同,与超薄膜的微观结构有密切的关系。本文应用可以同时模拟超薄膜宏观和微观特性的分子动力学模拟（ＭＤＳ）方法,研究了超薄膜的微观结构与摩擦学特性间的关系,发现了平行于壁面的层状类固态结构;固液作用强度及膜厚大小对类固态结构有着明显的影响;超薄膜的极限膜厚由类固态与液相的比例决定。这种微观结构的相变改变了超薄膜的摩擦学特性。模拟中还发现了剪切诱导的微观构型。     

Span60在石墨烯润滑油中分子行为及协同作用

石墨烯常被使用在润滑油中,以此提高油的润滑性能,但其在油中极易发生团聚,需要借助分散剂抑制团聚。石墨烯、分散剂及润滑油间分子行为可揭示分散机理、润滑机理及协同作用。本文采用对环境无毒无害的span60作为分散剂,基于分子动力学研究石墨烯润滑油添加span60前后的润滑性能变化,建立氮化硅-润滑油-轴承钢层结构模型,分析span60/石墨烯的含量比、工作温度、压强以及剪切速度等因素对润滑油膜在摩擦副表面吸附能、剪切应力以及形成的类固膜厚度的影响,并通过实验进行验证。分散剂span60与石墨烯在润滑油中起到协同效应,提高了润滑油在Si3N4-GCr15摩擦副表面的润滑能力。当span60/石墨烯含量比为7:1时,润滑效果最好;温度为373 K、压强为102 MPa、剪切速度为25 m?s-1时,润滑油润滑性能最好。添加适量span60可以有效解决石墨烯在润滑油中的团聚问题。石墨烯、分散剂及润滑油间的协同效应受温度、压强及速度的影响。     

薄膜润滑与纳米流变学研究的进展

综述了薄膜润滑和纳米流变学最新研究成果及其对宏观摩擦学的贡献。当润滑膜厚度接近分子尺度时，润滑剂的流变性质和物理状态将经历很大的变化，包括有序结构形成，等效粘度增加，松驰过程减缓，固化或玻璃态转化以及由此产生的粘滑运动。说明在弹流和边界润滑之间可能存在一种特殊的薄膜润滑状态，即润滑剂的流动及流体动力效应依然存在，但其行为已大大不同于经典理论所预测的规律。目前有关薄膜润滑的理论尚在发展之中，它将为高技术微系统的开发，实现摩擦控制和界面设计提供理论基础。     

Nano-tribological properties and mechanisms of the liquid crystal as an additive

Under conditions of low speed, small viscosity and molecularly smooth tribo-surfaces, the behavior of lubricant film in the nano scale is different from that in elastohydrodynamic lubrication (EHL) and boundary lubrication (BL). Due to the size effect, long-range ordered structure of liquid crystal (LC) has great effects on the tribological properties and film-forming mechanism of thin film in the nano scale. The technique of relative optical interference intensity (ROII) was used to investigate nano-tribological properties when cholesteryl LCs are added to hexadecane. The results indicate that the practical film thickness of hexadecane with liquid crystal is 3–5 times as large as that expected from EHL theory in the low speed region. The film thickness increases with the enhancement in polarity and concentration of LC in hexadecane, and external DC voltage. The effective viscosity of lubricant is related to the film thickness and the voltage and it varies from bulk viscosity to several times or tens of times of bulk viscosity with reducing film thickness, and slowly rises with increasing external DC voltage and then trends to a constant. The higher ordered degree of molecules close to solid surfaces gives rise to a thicker film.     

润滑膜的时效特性

为了探讨纳米级润滑膜的时间特性，采用相对ＮＧＹ－２型纳米级润滑膜厚度测量仪对不同润滑剂在不同工况的成膜能力进行了测量，讨论了各种工况条件下薄膜润滑的时间效应问题。实验表明，润滑膜厚度在一定条件下随连续运行时间的增加而增加。由于这一现象不同于一般的润滑规律和流变特性，从界面物理和表面物理化学方面分析了润滑膜时间效应的产生机理。     

Developments and unsolved problems in nano-lubrication

The main achievements in the area of nano liquid film, e.g. the distinction between different lubrication regimes, properties of thin film lubrication, the transition between liquid and solid state, ordered and disordered state, the failure of thin lubricant film, the equivalent viscosity and flowing characteristics of micro-fluid, the influence of solid surfaces on nano-lubrication, thin film lubrication of polymer, superlubricity, have been reviewed and some unsolved problems are discussed.     

润滑分子特性对纳米级流体膜失效的影响

为研究 nm级流体膜的失效情况 ,采用 NGY- 2型nm级膜厚测量仪 ,根据光干涉相对光强原理 ,对纯滚动点接触的中心区进行润滑膜厚度测量。观察不同载荷和速度下纯烷烃及加入少量酸时的流体膜厚度的变化情况 ,考察流体效应膜的失效情况。实验表明 :使用烷烃作润滑剂时 ,当压力增至某一定值时有一个临界点 ,当速度低于此点时 ,膜厚剧减 ,此时润滑膜不再具有流体特征 ,此点是润滑膜失效点 ,它与压力、速度、润滑剂的粘度以及分子极性有关。加入少量极性添加剂后所形成的润滑膜可承受较大的载荷 ,并能确保nm级流体膜不失效 ;在较高压力下 ,要在接触区形成流体膜就必须施加更高的速度或使用较大粘度的润滑剂 ;极性添加物的加入能提高流体膜的承载能力     

基于膜厚比选用齿轮润滑油粘度的再研究

以前人的试验结论的基础,从膜厚比的观点出发,再次提出了一种选用齿轮澜同粘度的新方法,并在生产实践中得到了较好的应用。     

变形区润滑油膜对冷轧板带材表面质量的影响

冷轧后板带材表面质量主要取决于辊面粗糙度和变形区润滑油膜。本文研究了轧辊与轧件原始粗糙度以及压下率等因素对轧后板面光洁度的作用.为获得光洁度高的板带材表面,应选择光洁度高的辊面与采用最佳压下率轧制。     

流变行为影响接触疲劳的特征

通过对滚子接触疲劳试验数据的分析,探讨了润滑剂的流变行为对疲劳点蚀的影响。提出了裂纹扩展机制。表面裂纹的萌生期取决于弹性流体动力润滑的膜厚比。裂纹扩展速率取决于润滑剂的流变行为。用施加外载荷的方法验证了裂纹萌生和扩展中的弹流效应和流变效应。     

一种介质加载型表面等离激元透镜的研究

提出一种由金属圆盘和圆锥形介质薄膜组成的表面等离激元透镜结构, 该结构能将正入射的电磁波汇聚成束缚于介质表面的圆弧形聚焦斑。这些聚焦斑的尺寸随着介质薄膜中心厚度的减小而减小, 并在薄膜厚度等于某个值时汇聚成一个焦点。该结构还能实现较好的局域场增强。