Analysis on mechanism of thin film lubrication

It is an important concern to explore the properties and principles of lubrication at nano or molecular scale. For a long time, measurement apparatus for film thickness of thin film lubrication （TFL） at nano scale have been devised on the basis of superthin interferometry technique. Many experiments were carried out to study the lubrication principles of TFL by taking advantages of aforementioned techniques, in an attempt to unveil the mechanism of TFL. Comprehensive experiments were conducted to explore the distinctive characteristics of TFL. Results show that TFL is a distinctive lubrication state other than any known lubrication ones, and serves as a bridge between elastohydrodynamic lubrication （EHL） and boundary lubrication （BL）. Two main influence factors of TFL are the solid surface effects and the molecular properties of the lubricant, whose combination effects result in alignment of liquid molecules near the solid surfaces and subsequently lubrication with ordered film emerged. Results of theoretical analysis considering microstructure are consistent with experimental outcomes, thus validating the proposed mechanism.     

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。     

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     

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.     

固体颗粒对脂润滑线接触弹流影响的数值分析

建立了含固体颗粒的脂润滑线接触弹流润滑模型,推导了相应的润滑方程,通过数值方法分析了固体颗粒中心位置、尺寸和速度对脂润滑线接触弹流油膜压力和油膜厚度的影响,并与不含固体颗粒的脂润滑线接触弹流油膜压力和油膜厚度进行了比较.数值分析结果表明:固体颗粒对脂润滑线接触弹流的油膜压力和油膜厚度具有一定的影响;球状固体颗粒对油膜压力和油膜厚度的影响较为显著,其中颗粒半径变化对油膜压力和油膜厚度的影响最大;片状固体颗粒对油膜压力和油膜厚度的影响较小.     

Mo/Cr_2O_3体系润滑状态转化及润滑膜结构

综合应用 ＳＥＭ， ＷＤＳ， ＳＡＭ及 ＸＰＳ等技术逐一分析了不同润滑状态下Ｍｏ／Ｃｒ２Ｏ３摩擦日表面膜的结构：观测到润滑状态转化和试件表面反应膜化学结构之间的对应联系；揭示了边界润滑状态下试件表面上形成了含有石墨和 ＭｏＳ２的混合团体润滑膜，这是Ｍｏ／Ｃｒ２Ｏ３体系高温下具有良好摩擦特性的关键。     

Progresses and problems in nano-tribology

The recent development in the four areas of nano-tribology is analysed. They are micro and nano-friction and wear, mi-cro and nano-tribological engineering. The research methods in nano-tribology and thin film lubrication in which five branches are included: equivalent viscusity and flowing characteristics of micro fluid, the transition between ordered molecular film and disordered one, the essence of matrix influence on thin film lubrication, the lubrication mechanism of high polymer lubricants and the problem of superlubricity. Meanwhile, more than 35 problems are proposed which should be solved in the future.     

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。     

黑色金属压力冷成型加工中磷酸盐复盖层微观结构的研究

研究了黑色金属压力冷成型加工中磷酸盐复盖层的组成结构及其润滑机理，结果表明，水其高分子复合方法制备的磷酸盐复盖层具有足够大的孔隙空间，可为储存固体润滑剂提供了有利条件，能改进润滑性能。     

润滑失效分析

介绍了笔者等人近年来在润滑失效方面的研究结果，通过对润滑剂非牛顿性，润滑剂温升和固体表面粗糙度对润滑失效的影响的研究，发现了固－液表面的边界滑移，推导了热本构方程，分析了固体材料粘弹性的影响，分析表明：（1）润滑剂的在固体表面会发生滑移，滑移将不再增加润滑剂的传动摩擦力，而且它将导致润滑膜的承载能力大大降低；（2）润滑剂内部的摩擦热导致的润滑膜的承载能力不会无限增大，当其增加到最大值后，会逐渐降低，从而导致润滑膜的破裂；（3）在实际变形下，表面粗糙和变形的耗时将引起润滑条件下的固体表面磨损。     

载荷对面接触摩擦副粉末润滑膜影响的实验研究

文章利用石墨粉末颗粒,基于端面摩擦实验机对粉末润滑的特性进行了摩擦学研究.重点探索了载荷变化时粉末膜的形成和渐变破坏过程,并利用光学显微镜对表面膜进行了观察;结果表明粉末润滑膜可以在一定载荷范围内长时间保持完整,实现良好润滑,并随载荷的增加逐渐表现出破坏现象.     

Al－Mg－Si合金深拉延润滑特性分析

本文从润滑的角度，以Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ合金为对象，研讨了润滑剂、表面微观形貌及其相互作用对拉延性能的影响。实验结果表明：高聚物薄膜的固体润滑可获得比植物油脂或矿物油更好的拉延效果，表面微观形貌对拉延成型和减摩润滑性能具有突出影响．     

人类天然关节和人工关节润滑机理的探讨

将关节接触简化为两弹性椭球体的接触,应用弹性流体动力润滑(Elasto-Hydrodynamic Lubrication-EHL)理论研究人类天然关节和人工关节的润滑状态.给出适用于静载、富油、低弹性模量材料的最小膜厚公式H_(min)=2.12(1-0.984e~(-0.579k)U~(0.579)W~(-0.224).由于关节实际上承受变载荷,挤压膜对关节的润滑有重要作用,为此本文进而提出称谓"动载弹性流体动力润滑"的关节润滑模型.应用这个模型,研究了人在行走时髋关节的润滑情况.研究结果表明,在一个行走周期内,髋关节的表面约三分之一时间处于弹性流体动力(Elasto-Hydrodynamic—EHD)润滑;三分之一时间处于混合润滑;其余时间处于边界润滑.这就是说,润滑状态是随时间而变化的.     

基于滑移/非滑移异质界面的动压润滑性能优化

合理布置的滑移/非滑移异质界面可以提高流体动压润滑性能,但目前滑移区和非滑移区的组合方式大多采用单一的直线拼接法,没有针对流体润滑摩擦副的各类工况设计出相应的优化方案,为此本文建立了一组离散式二次方程来描述滑移区和非滑移区拼接轨迹,并引入计算域单元的宽长比作为优化变量,分别以液膜刚度和摩擦因数作为优化目标,通过MATLAB数值仿真求解不同宽长比条件下滑移区和非滑移区的最优拼接轨迹。结果表明,与直线拼接法相比,选取二次方程所描述的抛物线作为滑移区和非滑移区拼接轨迹的方法使流体润滑摩擦副在摩擦因数和液膜刚度等性能指标上都有所改善,而且根据不同的优化目标参数可以方便地绘制出最优拼接方案,验证了本文方法在改善动压润滑性能上的可行性和普适性。     

固体润滑滚动轴承动态特性有限元分析

参照卫星驱动机构使用的C36018固体润滑角接触球轴承,建立了三维模型,借助ABAQUS有限元软件,对固体润滑滚动轴承进行显式动力学仿真分析,得到了不同转速和轴向力下轴承各部件的动态接触应力及滚珠和内圈的运动状态,并与无涂层润滑条件下的结果进行了对比分析.结果表明:轴向载荷增加,轴承各个部件的应力幅值都有所增大,滚珠和保持架开始转动所需的时间缩短;转速增加,接触区域应力峰值变化频率增大,但对应力幅值的影响很小;具有固体润滑涂层的滚道接触面,在与滚珠发生接触时,涂层发生弹性变形,接触面积增大,接触应力减小,可以有效地保护轴承.     

凹坑深度对表面动态弹流润滑的影响

把一种快速求解非稳态弹流润滑方程的数值方法应用于微弹流润滑分析，研究了几种深度的表面凹坑在三种滚滑接触运动条件下的压力波动和油膜变化特征，指出不仅运动条件变化带来不同的润滑特征，而且不同深度的凹坑在不同运动条件下对润滑扰动的程度也不同．研究结果适用于零件表面点蚀后的润滑状态分析．     

轴向柱塞泵滑靴副动压承载特性研究

对轴向柱塞泵滑靴副稳态工况下动压承载规律展开了理论和试验研究,考虑了滑靴所受离心力等倾覆力矩的影响,结合了滑靴实际受力情况,建立了稳态工况下滑靴副摩擦动力学模型,研究了滑靴底面油膜动压承载规律.结果表明,滑靴与斜盘之间总是形成楔形收敛间隙,有利于滑靴副动压油膜的形成,滑靴倾斜方位角基本稳定在170°左右.试验结果较好地验证了仿真结果.      

弹流润滑状态图及其在机械设计中的应用

在介绍了1977年Hooke修订的弹流理论润滑状态图之后,阐述了江苏工学院机械设计教研室提供的更佳的润滑状态图。应用该图探讨了齿轮传动在啮合区的油膜厚度分布规律,为齿轮的优化设计具有良好的润滑油膜提示了途径。     

纳米固体润滑干膜在重载车辆上的应用

通过研究添加纳米固体润滑干膜的摩擦学性能,表明添加纳米Al2O3可以大幅度提高固体润滑干膜的耐磨性,延长了固体润滑干膜的使用寿命,将其应用于重载车辆零部件,为添加纳米材料固体润滑干膜的广泛应用提供了有利依据。     

连铸保护渣渣膜润滑的研究现状

连铸中，特别是高速连铸条件下，渗入结晶器与凝固坯壳之间的保护渣渣膜的润滑状态对连铸过程有着重要的影响，本文介绍了国内外对渣膜润滑的主要研究成果。