灌注液体型光滑多孔表面制备及应用

仿猪笼草效应的灌注润滑液的光滑多孔表面(SLIPS)是将润滑液如全氟聚醚、硅油、离子液体等灌注到微/纳粗糙结构基材中制备的。SLIPS材料表面可达到分子尺度的光滑,能显著减小液滴滑动角和滞后角,具有全方位疏液、自修复、透明度高、温度和压力稳定性好等诸多优点,能够高效抑制各种基材包括油脂、血液、冰以及生物膜的黏附,在自清洁涂料、海洋防污、生物医用领域具有广阔的应用前景。近年来SLIPS材料因其具有的特殊表面润湿性能而备受研究者的关注,本文详细介绍了SLIPS材料的构建机理和制备方法,包括浸润法和溶胀法等。综述了SLIPS材料在防污、促进滴状冷凝、防霜防覆冰、油水分离等方面的最新进展,并对SLIPS目前存在的问题与发展方向进行了分析和展望。     

弧齿锥齿轮摩擦系数与啮合效率研究

综合考虑接触几何、接触载荷、速度矢量、卷吸夹角、表面粗糙度、流变特性等因素,研究了不同啮合位置以及不同转速下弧齿锥齿轮的摩擦系数与啮合效率.结果表明:一对啮合副从啮入到啮出过程中,摩擦系数先增大后减小,与相对滑动速度变化趋势相反;一个啮合周期内,弧齿锥齿轮啮合效率与摩擦系数变化规律相似,但在啮出点附近,由于下一对啮合副进入啮合,啮合效率开始增大;随着转速增大,摩擦系数减小,啮合效率增大.采用文献中已有摩擦系数计算方法分析了弧齿锥齿轮摩擦系数和啮合效率,并与本文中的计算结果进行对比.结果表明:在节点啮合时,采用经验公式与简化算法的摩擦系数预测结果误差较大,而啮合效率计算误差较小;混合润滑和全膜润滑状态下,基于摩擦系数简化算法的弧齿锥齿轮效率计算结果与本文中的计算结果相近.     

不同润滑介质下食管组织的摩擦特性研究

本文中模拟胃镜检查中胃镜前端进入食管的过程,研究了不同润滑介质(盐酸利多卡因、生理盐水、人工唾液、人工胃液)对胃镜绕管和食管黏膜界面减摩作用的影响.结果表明:胃镜绕管与食管黏膜组织界面之间存在典型的黏-滑摩擦状态,摩擦力由黏着摩擦部分和变形摩擦部分组成,润滑介质通过改善界面间的润湿性可改变其黏着状态;不同润滑介质的润滑效果与介质的物理特性有关,盐酸利多卡因由于与绕管的接触角、表面自由能和粘附功较小,改善了界面间的润湿性,因此降低了界面间的摩擦阻力和摩擦系数,而人工胃液的作用正好相反.研究结果为胃镜诊疗中润滑介质和内窥镜绕管的研制提供了理论依据.     

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.     

Ti过渡层对NbSe2薄膜润滑-导电性能的影响

采用射频磁控溅射技术制备了系列金属钛(Ti)为过渡层的NbSe_2薄膜,分析了Ti过渡层的厚度对薄膜成分、结构和机械性能的影响,并研究了在大气环境下薄膜的润滑-导电性能.结果表明:改变Ti过渡层的厚度,可实现对薄膜中Se/Nb原子比和结晶度的调控.随着Ti过渡层厚度的增加,薄膜的致密度、膜-基结合强度及力学性能得到了明显改善.同时,NbSe_2薄膜维持原有(002)面择优取向,这利于薄膜的侧向滑移,从而提升了薄膜的减摩耐磨性能.然而,过厚的Ti过渡层会导致薄膜中Se/Nb原子比和结晶度下降,致使薄膜中游离金属元素含量升高. Ti过渡层的厚度超过30 nm时,虽然薄膜的结构仍然致密,且导电性能也有所增强,但其减摩耐磨性能却明显减弱.可见,适当厚度的Ti过渡层,才有助于提高NbSe_2薄膜的润滑-导电性能.     

考虑磁头表面高度不连续性气膜润滑的数值模拟与有效算法

随着磁头滑块的飞行高度不断降低,给气体润滑方程的数值求解带来了诸如计算时间过长、甚至计算发散等方面的问题。为了获得1Tbit/in2的存储密度,磁头滑块尾部的最小飞行高度接近1.5nm。本文基于作者提出的修正气膜润滑方程的线性流率(LFR)模型,考虑磁头滑块表面高度的不连续性,建立了基于有限体积法的气膜润滑方程离散格式,并把网格自适应技术与多重网格法应用到离散方程的迭代算法中,发展了可模拟最小飞行高度为0.5nm时磁头滑块压力分布的数值模拟方法与有效算法。文中以一个具有复杂表面形状的磁头滑块为例,检验了计算方法与算法的有效性。数值结果表明:在磁头滑块最小飞行高度较低时,必须要考虑滑块表面高度的不连续性,否则就得不到收敛的数值计算结果;与FK-Boltzmann模型相比,LFR模型具有较高的计算效率,采用网格自适应技术与多重网格法能有效地提高求解气膜润滑方程的计算效率。     

A dynamic rheological model for thin-film lubrication

In this study, the effects of the non-Newtonian rheological properties of the lubricant in a thin-film lubrication regime between smooth surfaces were investigated. The thin-film lubrication regime typically appears in Stribeck curves with a clearly observable minimum coefficient of friction (COF) and a low-COF region, which is desired for its lower energy dissipation. A dynamic rheology of the lubricant from the hydrodynamic lubrication regime to the thin-film lubrication regime was proposed based on the convected Maxwell constitutive equation. This rheology model includes the increased relaxation time and the yield stress of the confined lubricant thin film, as well as their dependences on the lubricant film thickness. The Deborah number (De number) was adopted to describe the liquid-solid transition of the confined lubricant thin film under shearing. Then a series of Stribeck curves were calculated based on Tichy's extended lubrication equations with a perturbation of the De number. The results show that the minimum COF points in the Stribeck curve correspond to a critical De number of 1.0, indicating a liquid-to-solid transition of the confined lubricant film. Furthermore, the two proposed parameters in the dynamic rheological model, namely negative slipping length b (indicating the lubricant interfacial effect) and the characteristic relaxation time λ 0 , were found to determine the minimum COF and the width of the low-COF region, both of which were required to optimize the shape of the Stribeck curve. The developed dynamic rheological model interprets the correlation between the rheological and interfacial properties of lubricant and its lubrication behavior in the thin-film regime.     

钢-铜摩擦副在边界润滑条件下的减摩抗磨机理研究

用SRV摩擦磨损试验机分别考察了聚α烯烃基础油含磷氮添加剂和两种含氟硅油添加剂在钢-铜摩擦副滑动下的摩擦学性能,用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)观察并分析了铜磨斑表面形貌和磨斑表面主要元素的化学状态.结果表明:含磷氮添加剂和含氟硅油添加剂均具有优良的减摩和抗磨性能;磷、氮和氟等在摩擦表面生成的摩擦化学产物是提高摩擦副抗磨减摩性能的根本原因.     

两种含氟空间润滑油的真空摩擦磨损行为研究

利用真空四球摩擦试验机系统考察了全氟聚醚（Z25）和甲基氟氯苯基硅油（FCPSO）两种空间润滑油在空气、真空和高纯氮气气氛中的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱仪（XPS）分别分析了磨损表面的微观形貌及典型元素的化学状态。结果表明：Z25在3种气氛中均表现出低摩擦高磨损的特性,且真空中摩擦系数最低,这主要是由于Z25对摩擦副具有润滑和腐蚀的双重作用;FCPSO在3种气氛中均表现出高摩擦低磨损的特性,且真空中磨斑直径最小,这主要是由于FCPSO在摩擦副表面形成了FeCl2边界保护膜.     

磁头/硬盘超薄膜气体润滑动态性能分析

考虑速度滑移效应,利用雷诺方程和动力学方程组建立磁头/硬盘薄膜气体润滑动力学分析模型,采用摄动法对纳米飞行高度以下的磁头动态特性进行了数值分析.结果表明,外界扰动频率靠近或超过磁头特征振动频率时,外界振动对磁头飞行姿态有明显影响,使得飞行高度振幅和气膜刚度明显增加,磁头的顺从性变差;当外界扰动频率远低于磁头特征振动频率时,随着磁头飞行高度的降低,气膜刚度和飞行高度的调制量迅速增加.通过磁头/磁盘系统的合理设计,使得磁头特征频率远大于主要的扰动频率,增加磁头对磁盘振动的顺从性,可以控制磁头的飞行高度振幅.