聚合物PLL-g-PEG构象变化对宏观摩擦学性能的影响

通过将聚赖氨酸-聚乙二醇(PLL-g-PEG)加入至不同体积分数的HEPES-甘油混合溶液中来改变聚合物的构象，研究其构象变化对摩擦性能的影响. 利用晶体微量天平(QCM)定量表征了不良溶剂(甘油)的加入所导致聚合物刷构象发生的改变；摩擦试验结果表明在良性溶剂(HEPES)中聚合物刷高度水化作用对于摩擦磨损性能的改善起主导作用，而不良溶剂中起决定作用的是甘油的黏度效应；利用纳米级光干涉薄膜测量装置试验证实了表面修饰聚合物刷后的钢球-玻璃盘界面间的成膜特性既与聚合物刷的构象变化相关，也与流体动压效应相关，且随卷吸速度的改变二者对接触区内成膜的贡献会发生转变；对二者共同作用下的水基润滑机理进行了初步探讨，这对于拓宽水基润滑的应用具有较为重要的意义.      

聚合物刷水润滑条件下水膜厚度和摩擦学行为的相关性研究

利用表面引发原子转移自由基聚合技术(SI-ARTP)在钢球和玻璃盘摩擦副表面分别接枝亲水性聚合物刷-聚甲基丙烯酸-3-磺酸丙酯钾盐(PSPMA),去离子水作为润滑剂,在球-盘式摩擦试验机和纳米级薄膜厚度测量装置上开展了其宏观摩擦学性能研究,探讨了流体动压效应介入下的聚合物刷水润滑机理. 利用光干涉技术观察了低卷吸速度下(4 mm/s)接触区域水膜分布情况,发现滚道两侧水膜的形状由初始状态的圆形随着时间逐渐沿着卷吸方向分布,证实了聚合物刷通过不断捕获周围的水分子形成了1层稳定的水膜;通过控制卷吸速度从1 mm/s连续增加512 mm/s实现了润滑状态的转变,低卷吸速度时处于薄膜润滑状态,膜厚不依赖于速度且稳定在35 nm左右,接触区内有效水膜的建立归功于聚合物刷的水合效应;当速度大于32 mm/s时处于弹流润滑状态,膜厚的测量值高于等黏弹膜厚公式的预测值(2~12 nm)和水合效应促成的膜厚值(约35 nm)之和,这意味着在流体动压润滑作用下聚合物刷表现出了优异的润滑增强作用, 是水合效应和流体动压效应协同作用的结果.      

限量供油对速度交叉工况下润滑特性的试验研究

速度交叉效应对摩擦副表面润滑剂迁移及润滑状态改善具有重要意义.利用表面速度异向光干涉润滑油膜测量装置，在限量供油条件下，改变两固体表面卷吸速度与滑动速度夹角ε，研究了该角度变化对润滑油膜及油池边界的影响.结果表明，卷吸速度与滑动速度呈一定夹角时，部分润滑剂再分配至接触区参与成膜；由于润滑速度交叉行为导致润滑剂横向运输效果增强，限量供油条件下的润滑状态改善.此外，低供油量(0.1μl)限制了速度交叉效应的润滑增效性，产生的低油池边界减弱了两侧润滑剂的有效交汇.     

硬脂酸吸附对限量供油润滑影响的试验研究

在限量供油条件下利用球-环点接触油膜润滑测量系统对PAO10 (聚α-烯烃)和PAO10S (聚α-烯烃添加质量分数为0.2%硬脂酸)进行膜厚和摩擦系数的测量.结果表明：随卷吸速度增大，油膜厚度先升高后降低.对应膜厚转折点PAO10S具有比PAO10高的临界速度，相应地当卷吸速度高于PAO10的临界速度时，PAO10S的膜厚明显提高.摩擦系数随卷吸速度增加先下降后上升，供油量低时硬脂酸的吸附使得整体摩擦系数明显降低.硬脂酸的作用随供油量的增加而变弱.润滑效果的增强归因于硬脂酸吸附膜降低润滑轨道的表面能，润滑油因“反润湿”呈离散条状分布，在一定条件下有利于润滑轨道的自集油.     

面接触条件下海藻酸钠的水基润滑

以海藻酸钠作为水基润滑添加剂,研究面接触条件下石英玻璃片摩擦副的摩擦学特性.采用红外光谱仪分析海藻酸钠的分子结构,采用3D表面轮廓仪测量试样的表面形貌,在微摩擦磨损试验机上测试不同摩擦副的摩擦系数.结果表明:面接触条件下,下试样表面粗糙度Ra值为0.555 nm时,上试样表面粗糙度大于下试样表面粗糙度时方可相对滑动,上试样表面粗糙度越大,摩擦系数越大.上下试样表面粗糙度合理搭配可保证海藻酸钠溶液能形成稳定的润滑膜,获得极低的摩擦系数.加入饱和氯化物破坏海藻酸钠水合分子层,摩擦系数急剧增大.海藻酸钠水基润滑层包括水分子层和海藻酸钠水合分子层,其中海藻酸钠水合分子层起主要作用.     

季铵盐聚离子液体作为水基润滑添加剂的摩擦学性能研究

合成了含季铵阳离子的聚离子液体PPM-Cl,采用阴离子交换得到三种具有不同烷基链长羧酸根阴离子的聚离子液体PPM-Ba, PPM-Ha, PPM-Oa. 发现聚离子液体PPM-Ba, PPM-Ha, PPM-Oa能够提升水基润滑剂的黏度. 将聚离子液体PPM-Ba, PPM-Ha, PPM-Oa作为润滑添加剂溶于去离子水得到一系列水基润滑剂,采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机考察了水基润滑剂的摩擦磨损性能并与含有商业增黏剂APE30的水基润滑剂进行了比较. 结果发现,聚离子液体PPM-Ba, PPM-Ha, PPM-Oa对水基润滑剂的增黏效果优于商业增黏剂APE30,聚离子液体PPM-Ba, PPM-Ha, PPM-Oa作为润滑添加剂均体现出优异的减摩抗磨性能. 其中,阴离子链长较长的聚离子液体PPM-Oa能够明显提升水基润滑剂的抗腐蚀性能,同时使水基润滑剂具有优异的减摩抗磨性能. 利用非接触表面光学三维轮廓仪和扫描电子显微镜分析摩擦副的磨斑区域的表面形貌,发现含聚离子液体的水基润滑剂在摩擦过程中能够减缓对摩擦副表面的腐蚀并抑制黏着磨损. 利用X射线光电子能谱仪分析摩擦副磨斑区域的表面化学状态,发现摩擦过程中聚离子液体在摩擦副表面形成吸附膜并与金属摩擦副发生复杂的摩擦化学反应,生成摩擦化学反应膜,发挥了优异的减摩抗磨作用.      

油-气润滑流动行为对点接触副摩擦特性的影响

油-气润滑技术已经广泛应用于常规零部件润滑设计中,通过合理制定润滑工艺方案,能有效减小接触副之间的摩擦,达到最佳润滑状态.选用45钢圆盘和GCr15球作为摩擦副材料,在MFT-3000摩擦磨损试验机上开展球-盘点接触副油-气润滑试验,同时结合油-气润滑流场数值模拟考察喷射方位、供油量和供气速度等不同润滑参数对点接触副摩擦特性的影响规律.结果表明:合理的喷射方位下点接触区域油相分布较为均匀,并有利于压缩气体将润滑油以微油滴形式喷射至摩擦副表面,润滑油滴与摩擦副表面发生碰撞、黏附和铺展等作用后形成油膜层,从而降低摩擦系数,提高润滑性能;供油量和供气速度对空间流场油相分布影响较为明显,在一定范围内,供油量的增加和适当的供气速度均能够改善油-气润滑效果.     

定量定时供油方式下润滑剂分布及润滑状态试验观察

采用球-盘点接触光干涉润滑油膜测量仪，观察定时定量供油方式下润滑剂分布状态和接触区润滑状态.结果表明，相对于以往的油滴单次定量供油方式，定时定量供油可有效改善接触区润滑状态，并分析其内在机制.供油时间是主要影响因素，在供-失平衡状态下供油间隔和卷吸速度对润滑状态的影响较弱.试验还观察到当供油位置偏离滚道中心时，润滑剂的回填量降低，润滑状态变差.     

流体动压下乳化液迁移特性及润滑机理研究

乳化液广泛应用于机械加工装备,其在动压条件下迁移特性及润滑机理亟待明晰. 采用光干涉法测量了试制和商用两种乳化液在不同浓度梯度下的流体动压成膜厚度,使用光致荧光法研究了接触区外围乳液池三维分布及其迁移行为,结合各浓度下乳化液黏度、红外吸收光谱特征峰和粒径分布等表征结果,对低副接触下乳化液润滑机制进行了研究. 结果表明:在稀释过程中乳化液会发生油包水向水包油的流型转变,转变前后乳化液均有较好成膜能力;可观察到出口气穴和入口弯月面所需的卷吸速度随着乳化液浓度降低而增大;粒径较小乳化液滴可直接进入接触区,粒径大的液滴在进入接触区前发生破裂,油相经离水展着进入接触区起主要润滑作用.      

不同速度及载荷作用下焦粉润滑特性的试验研究

将焦粉导入摩擦副间,研究不同速度及载荷作用下钢、焦粉、耐火砖三体接触状态下焦粉润滑特性. XRD测试结果表明焦粉微晶结构发生石墨化.通过对比无润滑及焦粉润滑对摩擦界面的影响,进一步验证了焦粉具有良好的润滑性能.此外,通过改变试验的速度及载荷,探究不同速度及载荷作用下粉末层成形机理及焦粉润滑特性.结果表明:载荷为5 MPa,速度分别为0.05、0.20和0.40 m/s时,速度越大,粉末层越厚,焦粉润滑性能越好;而速度为0.55 m/s时,由于速度过大,焦粉被抛出摩擦界面,表面发生严重磨损,并引发振动发生.速度为0.40 m/s,载荷分别为5和15 MPa时,载荷越大,越不利于形成粉末层,载荷分别为20和25 MPa时,粉末层发生不同程度的破坏,表面磨损严重.     

磨合过程中液体润滑实现超低摩擦的混合模型研究

针对球-盘滑动试验,在磨合过程中获得超低摩擦的液体润滑状态,建立耦合流体润滑、粗糙接触力学、Archard磨损方程和相关物理参数(液体黏度、表面粗糙度和磨损系数)时变函数的混合模型,研究磨合过程中液体润滑的摩擦系数演化. 通过数值模拟结果可知:在磨合过程中,润滑介质等效黏度增大,形成流体动压润滑薄膜,有效隔开粗糙表面;其次在磨合过程中,新生成的表面粗糙度降低,减少粗糙峰承载比,实现超低摩擦润滑状态;最后在适当的液体黏度和提高表界面效应减少边界摩擦系数,可进一步实现液体超低摩擦润滑状态. 为磨合过程宏观液体润滑性能演化所建立的混合数值模型对提高液体润滑超低摩擦设计效率具有重要价值意义.      

快速镍刷镀层在含磨粒的油润滑条件下的摩擦磨损性能研究

作者在含磨粒的油润滑条件下对快速镍刷镀层的摩擦磨损性能与45~#钢(淬火+低温回火)的进行了对比试验研究。结果表明,镍刷镀层不仅磨损量和摩擦系数始终都比45~#钢的小,而且它的稳定磨损阶段也长而未出现45~#钢那样明显加剧的磨损。作者指出,这主要是由于镍刷渡层组织所含微孔既可吸附和储存润滑油而起辅助润滑作用,又能使磨粒镶嵌于其中而减少磨粒磨损的缘故,而且随着摩擦温升其塑性也得到改善,因而快速镍刷镀层的摩擦磨损性能都比质地致密且硬度更高的45~#钢的好。     

外加电场对边界润滑条件下钢—钢摩擦副摩擦磨损性能的影响

利用球－盘式摩擦磨损试验机,考察了钢－钢（ＳＵＪ２／Ｓ４５Ｃ）摩擦副在不同润滑剂润滑下的摩擦磨损性能及外加电场对摩擦磨损性能的影响。结果表明：施加电压,特别是改变电压极性可使摩擦副的摩擦磨损性能发生很大变化,而电场及其极性对摩擦磨损性能的影响效果取决于润滑剂及边界润滑膜的性质。     

钛合金表面类金刚石碳梯度薄膜的摩擦磨损性能研究

与Ti6Al4V合金／超高分子量聚乙烯摩擦副对比,考察了Ti6Al4V合金表面类金刚石碳梯度薄膜／超高分子量聚乙烯摩擦副在干摩擦以及Hank’s溶液和生理盐水润滑下的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察试样磨损表面形貌,并进而分析磨损机理。结果表明,类金刚石碳梯度薄膜具有良好的减摩抗磨性能,其体积磨损率约为相同条件下Ti6Al4V合金体积磨损率的50％,相应的超高分子量聚乙烯偶件的磨损率亦较低,类金刚石碳梯度薄膜的磨损呈现轻微磨粒磨损特征,而超高分子量聚乙烯可抑制类金刚石碳梯度薄膜的磨粒磨损。     

硫化烯烃在镍基电刷镀层表面的作用机理

利用球－盘式摩擦磨损试验机，研究了润滑油极压抗磨添加剂硫化烯烃在Ｎｉ－Ｐ电刷镀层和Ｎｉ－Ｃｕ－Ｐ电刷镀层表面的作用效果，并且利用Ｘ射线光电子能谱仪和俄歇电子能谱仪分析了各摩擦表面边界润滑膜的成分和结构，进而分析讨论了添加剂硫化烯烃在这２种镀层摩擦表面的作用机理．结果表明，在基础油液体石蜡中添加适量的硫化烯烃润滑时，Ｎｉ－Ｐ镀层的承载能力显著提高，Ｎｉ－Ｐ镀层和Ｎｉ－Ｃｕ－Ｐ镀层的磨损率都明显降低．硫化烯烃在镀层摩擦表面反应生成的ＮｉＳ膜具有良好的极压、抗磨和一定的减摩作用     

溅射二硫化钼膜在不同润滑条件下的摩擦学性能分析

通过MoS2膜/钢、钢/钢摩擦副分别在干摩擦、油和脂润滑条件下的球-盘式摩擦学试验,对比分析了润滑条件、载荷、滑动速度对MoS2膜摩擦系数的影响.利用原子力显微镜(AFM)对膜层磨损形貌进行表征,研究润滑条件对膜层磨损寿命的影响.结果表明:在4122仪表油和FAG脂润滑下,MoS2膜在零速启动、中低速情况下的动、静摩擦系数均比MoS2干膜和钢/钢摩擦副的要低;固-液复合润滑时的MoS2膜的耐磨性均比干膜摩擦时有所降低,MoS2干膜的磨损率约为8.1×10-7mm3/(N.m),在油和脂润滑时其磨损率分别约为2.4×10-5mm3/(N.m)和5.5×10-6mm3/(N.m).     

水轮发电机碳刷/集电环无载流与载流干滑动摩擦磨损性能研究

针对水轮发电机碳刷/集电环摩擦副磨损严重、打火和励磁电流不稳等现象. 在对常用碳刷(D172、E468e)磨损原因及影响因素分析的基础上，采用碳刷/GCr15钢球配副在Anton Paar Tribometer多功能摩擦磨损试验机上，研究干滑动条件下载荷、速度及电流密度对碳刷/GCr15钢球配副摩擦学性能的影响. 结果表明:碳刷/集电环摩擦副在载流与无载流时的摩擦磨损性能相差较大. 无载流时，D172和E468e两碳刷的磨损率均随载荷的增大呈现先减小后增大的趋势，在达到最小值时出现大转折，两碳刷磨损率变化趋势呈“U”字型. 无载流时D172碳刷磨损率远低于E468e，载流时则情况相反. D172碳刷无载流时磨损机理以磨粒磨损为主并伴有轻微黏着磨损，载流时碳刷除发生磨粒磨损、黏着磨损外还伴有氧化磨损. E468e碳刷在载流前后均为磨粒磨损. D172碳刷摩擦系数整体呈增大趋势，而E468e碳刷摩擦系数先缓慢增大随后逐渐减小，电流对D172碳刷摩擦系数的影响比E468e碳刷更明显.      

油溶性二正辛基二硫代氨基甲酸铈的合成及其摩擦化学特性研究

以二正辛胺、Ｃｅ２Ｏ３和ＣＳ２为原料合成出一种新型油溶性润滑油极压抗磨添加剂二正辛基二硫代氨基甲酸铈（Ⅲ），并在环－块式摩擦磨损试验机和四球试验机上，测定了它的减摩性能、承载能力和抗磨性能等，同时还就其添加量对这些性能的影响进行了考察；利用俄歇电子能谱仪和Ｘ射线光电子能谱仪，对边界润滑状态下形成的摩擦表面膜的元素组成和化学状态进行了分析．结果表明：在给定的试验条件下，这种添加剂可以使ＩＳＯＶＧ３２石蜡基矿物油的摩擦系数明显降低，能够使这种油的初始卡咬负荷和烧结负荷分别提高２．２倍和４．７倍，可见其减摩和抗磨性能良好；在这种添加剂作用下形成的表面层内含有有机物膜、氧化物膜、化学反应膜和Ｃｅ３＋渗透层等，这是摩擦化学作用的产物