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．     

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     

润滑剂黏塑性引起的弹流润滑偏离经典理论——Ⅱ.润滑机制的边界

将等温纯滚动线接触弹流润滑,分别视润滑剂流变行为为黏弹性的、黏塑性的和非连续介质流体的3种润滑机制.给出了这3种润滑机制所在工况范围的边界的数学表达式,将其工况范围示于U-W润滑状态图.这种对润滑机制工况范围的区分对于研究弹流膜厚具有重要意义,更具体地表明弹流润滑膜失效的演变过程.     

自适应微摩擦综合测试仪的研制与纳米润滑实验研究

描述了作者研制的自适应微摩擦综合测试仪的基本原理。采用多用途自适应浮动结构、精密刀口杠杆加载结构和摩擦力精密测量系统,可精确地加载和测量ｍＮ量级的摩擦力。研究纳米膜在各种润滑方式下的摩擦学性能,同时采用相对光强光干涉法,检测纳米级的润滑膜厚以及润滑状态的变化。以１０＃标准粘度液作润滑剂,分别用面接触浮动润滑副和点接触浮动润滑副作实验,研究了其摩擦因数和润滑膜厚度随载荷、速度和运动方式（点接触纯滑动和纯滚动）的变化规律,并验证了仪器的实验性能。     

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。     

润滑剂黏塑性引起的弹流润滑偏离经典理论--Ⅰ.膜厚公式

考虑润滑剂剪切强度,计算等温纯滚动弹流膜厚.回归出的中心膜厚公式表示不同工况下弹流润滑偏离经典理论的程度.这种偏离实际代表在严重发热的弹流润滑中,入口区润滑剂剪切强度或润滑剂/接触表面界面处最大可承受剪应力下降时,弹流润滑失效前润滑膜的厚度.     

线接触弹流润滑中双电层效应影响分析

基于理想粘塑性模型分析了双电层效应对线接触弹流润滑膜厚度、压力分布和承载能力的影响．结果显示：双电层的电粘度效应使润滑膜厚增加、承载能力增强,对压力分布的影响不明显．     

润滑剂黏塑性引起的弹流润滑偏离经典理论—I．膜厚公式

考虑润滑剂剪切强度,计算等温纯滚动弹流膜厚,回归出的中心膜厚公式表示不同工况下弹流润滑偏离经典理论的程序,这种偏离实际代表在严重发热的弹流润滑中,入口区润滑剂切强度或润滑剂／接触表面处最大可承受剪应力下降时,弹流润滑失效润滑膜的厚度。     

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。     

微极性流体润滑的挤压膜轴承特性研究

对微极性流体润滑的纯挤压膜径向轴承的特性进行了研究. 求解了基于微极性流体理论的雷诺方程和轴心非线性运动方程,将微极性流体特征尺度和耦合数作为微极性效应的主要标志性参数,全面考察了牛顿流体和微极性流体对挤压膜轴承轴心运动规律和润滑性能所产生的影响. 结果表明:微极性流体降低了轴心运动的位移、速度和加速度,使得挤压膜轴承运行更加平稳; 同时减小了最大油膜压力,增大了油膜厚度,因而提高了挤压膜轴承的承载能力.     

表面力仪及油性添加剂薄膜流变特性

为研究超薄润滑膜的摩擦特性和添加剂的影响 ,采用自制的表面力仪进行了润滑剂基础油和油性添加剂的薄膜流变实验。结果表明 :当膜厚减薄到纳米量级时 ,润滑油呈现非牛顿剪切响应 ,即剪切稀释现象 ,其等效粘度随着膜厚变薄而增加 ,并在某个临界膜厚处急剧上升。加入添加剂后 ,润滑油等效粘度降低 ,临界膜厚变小 ,说明薄膜流变特性与界面的摩擦状况有关。指出油性添加剂的功能在于形成摩擦系数小但厚度较薄的吸附层 ,与界于壁面间的润滑流体构成夹层结构 ,从而较好地解释了实验规律     

非牛顿特性下冷挤压流体动力润滑模型的建立

应用磨擦学和金属塑性成形理论，对冷挤压工艺中的流体动力润滑机理进行了分析。针对冷挤压高压、大剪应变率工况下，润滑剂呈非牛顿特性的特点，运用Ostwald非牛顿体模型，分别建立了冷挤压非稳定流体动力润滑状态和稳定流体动力润滑状态的数学模型，并运用该模型对以蓖麻油作润滑剂的纯铝冷挤压进行了分析。计算结果揭示了冷挤压过程中，润滑油膜厚度及油膜压力的分布。     

冷轧过程中的混合润滑特性

基于Christensen的表面粗糙峰分布假设,以轧制理论、流体力学理论为基础建立了考虑表面粗糙度的冷轧混合润滑模型,并提出了混合润滑摩擦状态约束关系式用来判别摩擦状态.对不同条件下油膜厚度、接触面积比、压应力及摩擦应力分布情况进行了仿真分析.结果表明:随着压下率的增加,油膜变薄、界面接触面积比增加、应力增大;同时,表面粗糙度对界面接触面积比及应力分布有较大影响,粗糙度增加,界面接触面积比增加,压应力及摩擦应力均增加.较高的润滑液黏度或轧制速度可以有效地降低轧制界面摩擦力及轧制力.     

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.     

应力偶对滑动轴承热流体动力学特性的影响

研究了应力偶对有限长滑动轴承热流体动力特性的影响。推出了基于应力偶流体模型的油膜能量方程 ,并与应力偶流体的 Reynolds方程、轴瓦热传导方程一起联立数值求解 ,得到油膜的压力分布 ,油膜及轴瓦的温度分布 ,比较了 Newton流体和应力偶流体对轴承压力分布、温度分布及轴承承载力所产生的不同影响。结果表明 :应力偶流体在明显增大油膜压力的同时 ,也使轴承最大温度略有升高     

油膜温度呈三维分布的推力轴承润滑计算

在进行水电机组推力轴承的润滑计算时，考虑了油膜温度沿厚度方向的变化，以及油膜上、下表面的热传递；变以往的绝热能量方程式为非绝热能量方程式，实现了油膜温度分布的完全三维求解．计算结果与实测值比较有很高的精度．     

唇形密封圈润滑性能的数值模拟

在同时考虑密封压力,密封唇口和轴表面微观形貌、密封唇口过盈量、密封唇的弹性变形等因素的基础上提出了一种对唇形密封圈润滑面进行流体动压润滑性能计算的数值模拟方法。该方法可以有效地对不同密封压力下具有不同初始过盈量的唇形密封圈的润滑性能进行模拟计算,与现有的模拟计算方法相比更为合理。将所建立的模拟计算方法应用于江苏容天乐公司生产的WR型汽车水泵轴承密封圈的研究,数值计算了轴承工作时密封区域内两粗糙表面间的最大油膜压力、平均油膜压力、最小油膜厚度、平均油膜厚度,密封唇表面摩擦力等参数,得到了不同密封压力下初始唇口过盈量变化对密封面润滑性能影响的规律曲线,并对其进行了分析。     

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.     

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.