紫外照射对FOTS自组装分子膜表面特性和摩擦特性的影响

利用自组装技术在硅基底制备FOTS自组装分子膜,对FOTS自组装分子膜进行紫外照射.采用接触角测量仪、原子力显微镜(AFM)、傅里叶红外变换光谱仪(FTIR)、X光电子能谱(XPS)和多功能摩擦磨损试验机(UMT)评价薄膜的表面特性和摩擦学特性.结果表明:FOTS自组装分子膜的蒸馏水接触角为109°.紫外照射导致C元素被O₃氧化,形成亲水的-COOH末端基团,使其接触角变小,表面粗糙度增大.在微载荷下,FOTS自组装分子膜和经不同时间紫外照射的FOTS自组装分子膜均可降低硅基底的摩擦和磨损.紫外照射后使FOTS自组装分子膜的摩擦系数增大,磨损加剧,这与其表面结构和润湿性变化相关.     

不同润滑状态下表面润湿性的摩擦学特性研究

本文中以锡青铜为基底,采用纳秒紫外激光制备了具有微观粗糙结构的超疏水表面和亲水表面,利用扫描电子显微镜和接触角测量仪对所制备的微观结构和表面润湿性进行了表征,并通过XPS测试对所制备的样片表面润湿性转变的机理进行了分析,通过UMT-2型摩擦磨损试验机测试了在边界润滑及流体动压润滑状态下的摩擦系数,研究表面润湿性对摩擦学特性的影响.研究结果表明:材料表面润湿性在不同润滑状态下对摩擦学特性有显著的影响;在边界润滑状态下,亲水表面的摩擦学特性优于疏水表面,平均摩擦系数相对减少6.79%;在流体动压润滑状态下,疏水表面的摩擦学特性优于亲水表面,摩擦系数相对减少了10%.     

十八烯反应膜的制备及其微观摩擦学性能研究

通过紫外激发在氢终止的单晶硅表面制得了十八烯的反应膜 ,并采用接触角测定仪、红外光谱仪、椭圆偏光仪及原子力显微镜等表征了薄膜的结构和摩擦学特性 .结果表明 ,在紫外光照射下 ,十八烯在硅表面通过键合生成有序反应膜 ,从而降低硅表面的粘着能和减小摩擦     

材料表面润湿性调控及减阻性能研究

设计合成不同结构的自组装分子,使其可以在不改变表面粗糙度的情况下改变表面的润湿性能;利用低表面能涂层修饰粗糙表面得到超疏水表面.采用流变仪和水洞试验分别在层流和湍流流动状态下测试了具有不同润湿行为的亲、疏水材料的减阻性能.结果表明:在层流流动状态,随着不同表面的接触角从13°增加到45°、113°和161°,减阻率随之从1.8%增大到7.2%、7.9%和14.9%;在湍流流动状态下,自组装涂层接触角为13°、45°和113°的三组模型的平均减阻率为0.8%、1.9%和6.8%,最大减阻率分别可达3.6%、9.2%和18.0%.两种流体流动中均存在材料表面水接触角增加减阻效率增大的行为.     

聚合物复合薄膜改性橡胶表面结构及其摩擦性能研究

采用真空电子束分散聚氨酯、聚四氟乙烯及其混合物靶材制备单层、双层和复合薄膜改性丁腈橡胶表面,在MMT型球-盘微摩擦磨损试验机上评价其摩擦性能.结果表明,当混合物靶材中聚氨酯和聚四氟乙烯质量比为1:1时,复合薄膜的摩擦系数较低,辉光放电等离子体预处理橡胶基体表面对薄膜结构及其摩擦性能影响显著.     

配副金属表面粗糙度对丁腈橡胶O型圈摩擦学特性的影响

UMT-3多功能摩擦磨损试验机上,以丁腈橡胶O型圈/316L不锈钢粗糙表面配副为研究对象,系统研究了配副金属表面粗糙度对丁腈橡胶摩擦学行为的影响,重点探讨了不同表面粗糙度下摩擦系数和磨损体积的变化规律、揭示了不同表面粗糙度下橡胶表面的损伤机制.结果表明:表面粗糙度对丁腈橡胶O型圈的摩擦磨损有重要影响;随着表面粗糙度的增加,稳定阶段的摩擦系数呈先降低后升高的变化趋势.当表面粗糙度在Ra为0.1μm左右时,丁腈橡胶表现出较低的摩擦系数和材料磨耗,磨损表面呈现出典型的花纹磨损特征;而过高或过低的表面粗糙度下丁腈橡胶均表现出较高的摩擦系数和材料磨耗,其磨损机制以黏着磨损和疲劳磨损为主.     

链长对离子液体纳米薄膜微/纳摩擦学性能的影响

采用浸渍－提拉法在单晶硅片表面成功制备了纳米厚度的具有不同烷基链长的离子液体超薄膜,系统考察了烷基链长对离子液体超薄膜微/纳摩擦学性能的影响。用Mettler热重分析仪测定了离子液体在氮气气氛条件下的热稳定性,采用多功能Ｘ射线光电子能谱分析了离子液体超薄膜表面的化学组分,并用接触角仪测定了其亲／疏水性质,薄膜的表面形貌、粘着和纳米摩擦学性质采用原子力显微镜进行了测定,采用微摩擦试验机评价了薄膜的微摩擦学性质。结果表明：离子液体的侧链烷基链长对其作为超薄膜的纳米摩擦学和粘着性质有重要的影响,随着烷基链长的增加,粘着力和纳米摩擦力大幅度降低,但对其微摩擦性能影响不大。同时根据试验结果提出了离子液体超薄膜减摩抗磨机理。     

硼化菜籽油润滑添加剂的摩擦磨损性能研究

对菜籽油进行化学改性制备出硼化改性菜籽油,利用红外光谱仪对其主要官能团进行鉴定,分别采用四球摩擦磨损试验机和SRV摩擦磨损试验机考察了以菜籽油为基础油,以硼化改性菜籽油为添加剂润滑下钢-钢摩擦副和钢.铝摩擦副的抗磨减摩性能,采用扫描电子显微镜观察钢球磨斑表面形貌,通过对铝合金磨痕表面分析,探讨硼化改性菜籽油添加剂的抗磨减摩机制.结果表明:以硼化改性菜籽油为添加剂,以菜籽油为基础油时钢·钢摩擦副和钢.铝摩擦副均具有良好的抗磨减摩性能,其润滑作用机制是由于长链菜籽油分子的载体作用、硼的缺电子性能及其二者的协同作用而在金属摩擦表面形成含硼、氧及碳等元素的表面保护膜.     

链长对离子液体超薄膜微/纳摩擦学性能的影响

采用浸渍-提拉法在单晶硅片表面成功制备了纳米厚度的具有不同烷基链长的离子液体超薄膜,系统考察了烷基链长对离子液体超薄膜微/纳摩擦学性能的影响.用Mettler热重分析仪测定了离子液体在氮气气氛条件下的热稳定性,采用多功能X射线光电子能谱分析了离子液体超薄膜表面的化学组分,并用接触角仪测定了其亲/疏水性质,薄膜的表面形貌、黏着和纳米摩擦学性质采用原子力显微镜进行了测定,采用微摩擦试验机评价了薄膜的微摩擦学性质.结果表明:离子液体的侧链烷基链长对其作为超薄膜的纳米摩擦学和黏着性质有重要的影响,随着烷基链长的增加,黏着力和纳米摩擦力大幅度降低,但对其微摩擦性能影响不大.同时根据试验结果提出了离子液体超薄膜减摩抗磨机理.     

荷电植物润滑油的摩擦学性能研究

采用表面活性剂十二烷基苯磺酸钠对LB-2000植物润滑油进行改性,获得了适用于静电喷雾润滑的植物润滑油.用傅立叶变换红外光谱仪表征了荷电前后润滑油的分子结构,分析了其荷电及理化性能.在四球摩擦磨损试验机上考察了静电喷雾润滑条件下润滑油的摩擦学性能,用光学显微镜和X射线光电子能谱仪对钢球磨斑表面和下试盘进行了表征.结果表明:荷电后润滑油分子极性增大,黏度、接触角、表面张力减小,电晕电场产生活性粒子O3、O加速新生表面氧化;在摩擦界面,吸附膜和金属氧化膜共同作用,促进润滑膜的形成,使荷电植物润滑油具有良好的减摩抗磨性能.     

乏油环境下橡胶密封材料在粗糙表面上的摩擦磨损行为研究

在UMT-3多功能摩擦磨损试验机上,以丁腈橡胶/Si C砂纸配副为研究对象,系统研究了乏油(包括润滑油和润滑脂)环境下橡胶密封材料在不同粗糙表面上的摩擦学特性,重点考察了乏油工况下橡胶/粗糙表面摩擦配副的摩擦系数时变性、减摩程度和减摩持久性,揭示了乏油工况下橡胶在粗糙表面上的损伤机制.结果表明:乏润滑剂工况下,润滑剂的减摩程度和减摩持久性强烈依赖于对偶件表面粗糙程度;随着对偶件表面粗糙度的降低,润滑剂的减摩程度呈先缓慢提高后迅速增强的变化趋势,然而减摩持久性先降低后又逐渐升高.同时,乏油工况下的减摩持久性均优于乏脂环境;在磨损机制上,随着对偶件表面粗糙度的降低,乏润滑剂环境下橡胶材料的表面均由伴随明显犁沟特征的严重磨粒磨损逐渐转变为损伤轻微的磨粒磨损.而在无润滑条件下,橡胶由典型的磨粒磨损机制损伤特征转变为花纹磨损形貌,最后又向黏着磨损机制转变.     

橡胶磨损花纹裂纹角的分形计算法

在考察橡胶磨损花纹裂纹角与橡胶磨损表面分形维数关系的基础上,提出了用分形计算橡胶磨粒磨损的磨损花纹裂纹角的新方法,发现丁苯橡胶和丁腈橡胶磨损花纹的裂纹角在不稳定磨损阶段基本保持不变,而在稳定磨损阶段则随法向载荷的增大而减小．     

水介质中丁腈橡胶溶胀机理及其对磨粒磨损行为影响

研究首先对不同丙烯腈质量分数的丁腈橡胶（18%、26%和41%,即N18、N26和N41）进行浸泡试验分析基于溶胀时间的静态溶胀行为. 然后进一步对溶胀前后的丁腈橡胶样品进行圆型及角型磨粒单向滑动磨粒磨损试验. 为了揭示丁腈橡胶的溶胀机理及溶胀对不同粒型作用下磨粒磨损行为的影响,对试样进行质量、硬度、交联链比重（NMR）和表面形貌（SEM）测试. 结果表明:丁腈橡胶溶胀度随时间的增加而增加,并于240 h后趋于平衡,溶胀影响下老化的主要原因为交联链破坏和物质溶解.丁腈橡胶硬度随溶胀时间的增加而降低. 溶胀后摩擦系数和磨损量增加,同粒径下磨粒磨损程度角型大于圆型,角型磨损受溶胀影响程度更大,其最大溶胀后磨损增量为圆型磨粒的1.56倍. 圆型和角型磨粒分别以滚动和滑动的方式进入摩擦副,形成压入坑和嵌入坑两种不同的表面形貌,溶胀后橡胶组织疏松软化导致表面凹坑加深. 丁腈橡胶溶胀及其对磨粒磨损的影响程度随丙烯腈含量的增加而减小.      

氧化石墨烯增强义齿基托材料耐磨性能的实验研究

为改善常规口腔义齿基托材料聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate,PMMA)的低硬度、低亲水性以及低耐磨性等,本文中以PMMA为基体、氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)为增强填料,借助液相超声-高速球磨分散技术将两种粉末均匀混合后,采用常规义齿基托加工法制备GO增强型义齿基托复合材料.采用高分辨扫描电子显微镜、维氏显微硬度计和光学接触角测量仪分别对复合材料显微结构、表面显微硬度及其亲水性能进行观察和评价;在人工唾液润滑环境下,采用UMT-3MT往复式摩擦磨损试验机和三维表面轮廓仪对复合材料耐磨性能及表面磨痕形貌进行评价和观察.结果表明:随着增强填料GO的加入,复合材料的显微硬度呈现先快速增加后逐渐变缓的趋势;复合材料表面水静态接触角则呈现逐渐降低的趋势;当GO质量百分数小于0.1％时,复合材料的摩擦系数和磨损率均低于常规口腔义齿基托材料,而GO质量百分数大于0.1％时其摩擦系数和磨损率呈升高趋势.GO的添加提高了常规义齿基托材料PMMA的硬度、亲水性和耐磨性能,显示出了良好的应用潜能.     

Compositive effects of orientation and contact angle on critical heat flux in pool boiling of water

An experimental study was carried out to investigate the effects of heat transfer surface orientation and the solid–liquid contact angle on the boiling heat transfer and critical heat flux (CHF) in water pool boiling using a smooth heat-transfer surface under atmospheric pressure. The orientation angle was ranged from 0° (up-facing horizontal position) to 180° (down-facing horizontal position) with a pace of 45°. The three kinds of heat transfer surfaces having different solid–liquid contact angles were the normal surface with a contact angle of 55°, the hydrophilic surface with a contact angle of 30° and the superhydrophilic surface with a contact angle of 0°. The experimental results indicate that orientation and contact angle have complex, coupling effects on heat transfer and CHF. A predicting correlation for the CHF which takes the effects of both orientation and contact angle into account is established. The predicting correlation agrees reasonably well with the experimental data.     

水润滑条件下磨粒尺寸对橡胶密封副摩擦学行为的影响

磨粒磨损是各类机械橡塑密封装备的一种典型失效形式.本文中开展了水润滑条件下磨粒尺寸对O型橡胶密封配副摩擦学行为的影响研究,分析了不同颗粒尺寸下的摩擦系数时变特性,探讨了不同运行阶段下的磨损形貌、颗粒运动特性和损伤失效机制.结果表明:颗粒尺寸对橡胶/金属密封副的摩擦学性能有重要影响;研究发现了影响摩擦系数和损伤机制的两个颗粒尺寸临界值;当颗粒尺寸大于临界值约75μm时,颗粒难以穿过密封界面,但少数颗粒能嵌入到摩擦副的接触区两侧,犁削作用下的金属表面产生较深的犁沟;当颗粒尺寸介于两临界值内时,接触副两侧形成"颗粒嵌入带",颗粒以单独或颗粒群形式嵌入到橡胶内,尽管犁削了配副金属但也起到了良好的承载作用,表现出较低的摩擦系数并减缓了橡胶的磨损;当颗粒尺寸约小于另一临界值12.5μm时,颗粒能较自由地通过摩擦界面,对配副金属表面起到了抛光效应,但也加速了橡胶的冲蚀磨损,橡胶磨损表面呈现"突脊-犁沟-突脊"交替特征,因此工程上应尽量避免此类现象的发生.     

沙水润滑下纳米改性NBR材料的摩擦学性能

丁腈橡胶(NBR)是一种优异的水润滑减摩耐磨材料,但硬质颗粒的介入对其产生较大的材料损失. 利用硅烷偶联剂TESPT改性纳米SiO₂颗粒,并填充至NBR基体,获得改性纳米SiO₂/NBR标记为NBR-1. 改性后的纳米SiO₂颗粒在NBR基体中均匀分散. 将纳米SiO₂颗粒、微米SiO₂颗粒填充至NBR基体标记为NBR-2、NBR-3作为对照组. 三种复合材料在武汉理工大学自制的SSB-100型摩擦磨损试验机上进行沙水润滑工况下的摩擦磨损试验. 结果表明:三种复合材料在沙水工况下摩擦系数均随载荷和转速的增加而下降. 在相同的载荷和转速条件下,NBR-1的摩擦性能最为优异. 对比三种材料的耐沙磨损性能,沙粒对NBR表面的磨损主要为犁沟磨损,NBR-2和NBR-3材料磨损量远远大于NBR-1,NBR-1材料更适用于含沙水区域.      

水环境下纳米SiO2增强超高分子量聚乙烯防滑性能的影响研究

超高分子聚乙烯材料因具有优良的耐磨性、耐蚀性和轻质性而逐渐应用在船舶甲板表面.船舶甲板的湿滑、海浪冲击和颠簸环境严重影响甲板仪器设备和人员的平衡性,进而挑战其可靠性和船员人身安全.为了提升超高分子聚乙烯(UHMWPE)材料在湿滑环境下表面防滑性能,采用具有高硬度和优异増摩性能的纳米二氧化硅(SiO₂)对其进行共混改性,探究不同体积分数的SiO₂在摩擦磨损试验过程中对UHMWPE摩擦系数的影响规律.试验结果表明：一方面,纳米SiO₂在一定程度上削弱了水膜在纳米SiO₂改性UHMWPE复合材料的浸润能力和吸附性,使其从亲水性逐步向疏水性转变,改善湿滑环境下的防滑效果;另一方面,纳米SiO₂颗粒坚硬且不易变形的特性让其逐渐在摩擦磨损过程中显露出来,在外界载荷的作用下与陶瓷球之间形成啮合摩擦现象,导致UHMWPE的摩擦系数呈现上升趋势,最终表现出与干摩擦相近的摩擦系数,达到防滑需求.研究结果对设计和制造一种能在湿滑环境下具有优异防滑性能的船舶甲板高分子复合材料提供理论支持.     

强酸侵蚀对钠钙硅玻璃表面改性及其磨损性能研究

使用水接触角测量仪、红外光谱仪、纳米压痕仪和显微硬度计,探究了侵蚀处理时间对钠钙硅玻璃在强酸(pH=1,HCl溶液)和纯水侵蚀条件下机械化学性能的变化规律. 采用多功能往复式摩擦磨损试验机,以SiO₂球为对摩副,分析了钠钙硅玻璃在不同侵蚀条件下的磨损行为. 研究发现:经去离子水侵蚀24和50 h后,钠钙硅玻璃的机械化学性能变化不明显,而经强酸侵蚀的钠钙硅玻璃的断裂韧性显著增大,但其纳米硬度、等效弹性模量、维氏硬度和在潮湿空气(RH=50%)下的磨损性能降低. 酸性液体对钠钙硅玻璃性能的影响与Na+析出后玻璃表面形成的侵蚀层密切相关. 与纯水环境相比,钠钙硅玻璃表层Na+在强酸侵蚀时更易被析出,表面化学结构变成“富SiO₂”,同时玻璃表面变得更亲水,磨损过程产生的磨屑易于吸附在摩擦界面,从而导致界面磨损形式由摩擦化学磨损转化为黏着磨损,最终使钠钙硅玻璃的耐磨性降低.