Nano-tribological study on a super-hydrophobic film formed on rough aluminium substrates

A novel super-hydrophobic stearic acid (STA) film with a water contact angle of 166^o was prepared by chemical adsorption on aluminum wafer coated with polyethyleneimine (PEI) film. The micro-tribological behavior of the super-hydrophobic STA monolayer was compared with that of the polished and PEI-coated Al surfaces. The effect of relative humidity on the adhesion and friction was investigated as well. It was found that the STA monolayer showed decreased friction, while the adhesive force was greatly decreased by increasing the surface roughness of the Al wafer to reduce the contact area between the atomic force microscope (AFM) tip and the sample surface to be tested. Thus the friction and adhesion of the Al wafer was effectively decreased by generating the STA monolayer, which indicated that it could be feasible and rational to prepare a surface with good adhesion resistance and lubricity by properly controlling the surface morphology and the chemical composition. Both the adhesion and friction decreased as the relative humidity was lowered from 65% to 10%, though the decrease extent became insignificant for the STA monolayer. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (50375151, 50323007, 10225209) and the Chinese Academy of Sciences (KJCX-SW-L2)     

功能化离子液体中Ag纳米微粒的制备及摩擦学性能研究

合成了1-甲基-3-羟乙基咪唑四氟硼酸盐离子液体([C₂OHmim]BF₄)，用红外光谱表征了其结构。以所合成的离子液体作为还原剂、稳定剂与反应介质制备了Ag纳米微粒，用XRD和TEM对微粒的结构和形貌进行了表征。在四球摩擦磨损实验机上研究了[C₂OHmim]BF₄离子液体及掺入Ag纳米微粒后的离子液体的摩擦学性能。掺入银纳米微粒后，离子液体在高载荷下的润滑性有了大幅的改善。用SEM和XPS分别对磨痕表面的形貌和元素组成、化学状态进行了分析，结果表明：在低、高载荷分别起润滑作用的是有机膜和金属-有机复合膜。     

有机小分子染料和聚阳离子分子超薄膜的制备及其摩擦学性能研究

制备了以有机小分子染料酸性红 1 8为阴离子、以聚烯丙基氯化铵和聚乙烯亚胺为聚阳离子的分子沉积膜 ,用紫外可见分光光度计、接触角测定仪和椭圆偏振光测厚仪对所制备的超薄膜进行了表征 .用DF PM型动 静摩擦系数精密测定装置考察了超薄膜的摩擦学性能 ,采用扫描电子显微镜对薄膜的磨痕表面进行了观察 .结果表明 ,所制备的超薄复合沉积膜具有良好的减摩和耐磨性能     

稀土纳米薄膜摩擦学性能研究

用自组装方法可以在单晶硅表面获得稀土纳米薄膜，得到的薄膜通过XPS，偏振光椭圆率测量仪、角接触仪、AFM等手段表征。通过滑动摩擦实验，可以测试稀土薄膜的界面粘附力。通过DF-PM型复复摩擦磨损试验机，考察稀土纳米薄膜的摩擦磨损特性。实验结果表明，稀土纳米薄膜具有低摩擦系数和高抗磨损特性。稀土纳米薄膜具有纳米级尺度、强界面结合力和低表面能，使其成为MEMS装置固体润滑的理想选择。     

环境水氧对纳米氮化铝/聚四氟乙烯复合材料摩擦学性能的影响

采用超声分散法制备出纳米氮化铝/聚四氟乙烯(AlN/PTFE)复合材料,使用线性往复摩擦磨损试验机在大气和干燥氩气中对比测试了该复合材料摩擦学性能. 结果表明:大气环境下,纳米氮化铝质量分数为5%时可以将聚四氟乙烯磨损率降低4个数量级[1×10?7 mm3/(N·m)]. 而在同样摩擦测试条件的干燥氩气环境中,使用纳米氮化铝只能将聚四氟乙烯磨损率降低2个数量级[1×10?5 mm3/(N·m)]. 利用三维轮廓仪、扫描电镜、红外光谱仪和光电子能谱仪对金属对偶表面形成转移膜的形貌和化学成分进行分析. 研究发现:大气环境的摩擦过程中,聚四氟乙烯与环境水氧发生摩擦化学反应生成了富含羧酸盐的转移膜,显著提高了复合材料耐磨性能;干燥氩气中,水氧的缺失使复合材料无法在摩擦中生成富含羧酸盐的转移膜,影响材料耐磨性能的进一步提高.      

羽状氮化碳水润滑剂对环氧树脂-不锈钢配副摩擦学性能的影响

随着人们环保意识的逐渐增强,对可能存在污染或破坏环境且造成资源浪费的生产活动以及设备的更新升级提出了新的更高的要求. 对于介质润滑领域,尤其是应用广泛且节能环保的水润滑领域,相比传统的润滑油,水作为润滑剂除了安全性高和具有冷却作用外,最大特点就是绿色环保、节约资源且成本低廉. 但是,纯水本身具有一些不足之处,比如黏度低、耐极压能力差、承载和润滑性能差等,导致纯水不适合直接作为润滑剂,这在很大程度上限制了涉及水润滑相关产业的发展. 基于此,在本文中以柠檬酸和尿素为原料,采用一步水热法合成了羽状氮化碳材料. 此方法的特点在于可将氮化碳原位分散于水中,制成水基润滑剂,既实现了溶质的均匀分散和有效抑制团聚,同时可以制备微米级分布的水溶性氮化碳材料. 将其作为水润滑剂,利用环-块摩擦磨损试验机,以逐滴滴加的方式考察了不同质量分数羽状氮化碳对环氧树脂-不锈钢配副在苛刻边界润滑条件下的摩擦学性能. 材料的微观形貌表征结果表明:体相氮化碳在水热条件下直接发生了层间剥离,生成了层间结构蓬松的羽状结构材料. 由于水热条件下的高温和高压环境,导致其层间结合强度显著降低. 同时,蓬松的层间结构有利于氮化碳材料在摩擦过程中向界面转移,在界面形成薄而连续的转移膜. 界面转移物质的拉曼分析结果表明:相较于单纯去离子水,以羽状氮化碳为水润滑剂时,金属对偶表面转移的含碳物质的有序化程度显著提高,而且有序化程度随着水润滑剂中氮化碳含量的增加而逐步提高,间接表明氮化碳材料在界面形成了结构有序的转移膜. 而且氮化碳基转移膜的承载能力和润滑性能俱佳,它可有效保护环氧树脂(EP)-不锈钢配副,避免单纯去离子水润滑时因其承载和润滑性能差导致EP严重磨损的发生. 纯去离子水作为润滑剂时,配副的摩擦系数和EP磨损量分别为0.56和2.92×10?4 mm3/(N·m). 而逐滴添加质量分数20%的羽状氮化碳水润滑剂,上述配副的摩擦系数和EP磨损量分别下降了71.4%和78.1%. 原位水基羽状氮化碳作为一种新型绿色环保水润滑剂,在聚合物-金属配副的润滑设计和使用寿命延长方面具有一定的研究价值和应用潜力.      

多库酯类离子液体作为镁合金润滑剂的摩擦学性能及机理研究

合成了以季铵盐、季鏻盐和烷基咪唑为阳离子,琥珀酸二异辛酯磺酸为阴离子的五种多库酯类离子液体,考察了其理化性能,研究其作为钢-镁合金摩擦副润滑剂的摩擦学性能,并与常规离子液体1-丁基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)亚胺(L-F104)作对比. 结果表明:该类离子液体具有良好的黏温性能和热稳定性,并且与L-F104相比,对镁合金腐蚀较轻,且具有优异的减摩抗磨性能;接触电阻和磨斑表面元素分析结果表明该类离子液体能够在镁合金表面形成有效的吸附膜,且摩擦试验过程中形成了MgSO₄和MgO等物质的摩擦化学反应膜,能够阻止摩擦过程中金属表面间的直接接触,从而起到减摩抗磨效果.      

氮化硅陶瓷球与轴承钢的微动摩擦磨损特性与损伤行为研究

Si₃N₄陶瓷球具有高承载、轻质、减振降噪以及化学性质稳定等特点,作为滚动体广泛用于高速高精密轴承中. 针对轴承球与滚道间的微动摩擦磨损行为,以不同烧结工艺制备的具有不同烧结助剂配方的Si₃N₄陶瓷球为研究对象,开展其与轴承钢的微动摩擦磨损试验,分析比较了Si₃N₄陶瓷球烧结工艺和助剂配方对摩擦状态与损伤程度的影响. 结果表明:无润滑条件下,5AlEr和3AlY助剂配方的Si₃N₄陶瓷球具有更稳定的摩擦状态和更低的磨损程度;提高气压烧结温度可缓解微动损伤行为,降低损伤程度;热等静压工艺的引入虽然进一步缓解磨损行为,但总体减弱了Si₃N₄陶瓷球的耐磨性能,从而为轴承用Si₃N₄陶瓷球制备工艺的优化提供依据. 并进一步揭示了Si₃N₄陶瓷球摩擦损伤、剥落和疲劳裂纹的损伤行为与磨粒磨损、黏着磨损和疲劳损伤,以及摩擦化学反应相结合的损伤机制.      

基于SWT方法的钢绞线索微动疲劳特性分析

为得到钢绞线索丝间接触区的应力场分布并预测微动疲劳裂纹萌生位置和微动疲劳寿命,本文利用参数化方法建立了精细化的钢绞线拉索有限元模型,包括整索模型和不同层丝间接触区域的局部精细化子模型．分析了钢绞线索在两种交变荷载工况下的应力场变化情况,并基于多轴疲劳SWT(Smith-Watson-Topper)临界平面法进行了疲劳特性分析和疲劳寿命预测．主要结论如下：钢绞线索内接触区边缘处的微动幅值较大,中心处几乎没有相对滑动,微动疲劳的初始裂纹萌生点位于接触区域边缘;经不同区域子模型分析比较,在轴向循环荷载作用下,外层钢丝的接触区域比内层钢丝更易发生微动疲劳损伤;在横向位移循环荷载作用下,同层钢丝因位置角度不同而产生了较大的疲劳特性差异,且相比轴向循环拉伸,该工况下最不利单丝的微动疲劳寿命更低;与非接触区域相比,接触区的疲劳寿命大幅降低,微动现象对钢绞线索的抗疲劳性能有明显降低作用．     

电流作用对铜镁合金弯曲微动疲劳损伤特性的影响

采用自主研制的试验装置,研究了铜镁合金在不同电流强度条件下的弯曲微动疲劳损伤演变规律. 运用红外线热成像仪测试电流条件下微动接触区温度分布情况;利用白光干涉仪、扫描电镜、电子探针、X射线光电子能谱仪对试样接触损伤区的微观形貌和化学行为进行分析. 试验结果表明:在相同循环次数下,随着电流强度的增加,铜镁合金弯曲微动疲劳寿命逐渐降低,接触区温度逐渐上升,接触损伤区尺寸增大,剥落层逐渐细化,接触损伤区氧化程度越来越严重,氧化磨屑的主要成分为CuO和Cu₂O;主要损伤机制为氧化磨损、黏着磨损和剥落.