固液界面对流体动压润滑膜厚的影响

目的研究固液界面对流体动压润滑油膜厚度的影响。方法在面接触润滑油膜光学测量装置中,旋转的光学玻璃圆盘和静止的微型滑块平面构成面接触摩擦副。实验选取PAO6和80%甘油水溶液作为润滑剂,而滑块使用的表面材料为钢和二氧化硅两种。实验中分别利用同种润滑液体与不同滑块表面材料组合,以及不同润滑液体与同种滑块表面材料组合成不同界面组。针对不同界面组进行不同条件下的膜厚-速度关系曲线的测量。各界面的亲和性通过液体对固体的接触角评价。结果 PAO6/钢界面与PAO6/SiO_2界面产生的膜厚-速度曲线无明显差别,并与经典润滑理论计算值保持一致。而PAO6对钢表面和二氧化硅表面的接触角分别为17.5°和21.9°,两界面的亲和性差别不大。当界面组内各界面亲和性差别较大时,对应的膜厚表现出差别。亲和性较弱,或对应液体在固体的接触角较大时,膜厚相对较低。对于文中实验条件,界面效应随载荷的增加表现明显。初步分析表明,载荷的增加会加大摩擦副出口处油膜的剪切应变率,诱发滑移,从而使得界面效应明显。结论在流体动压薄膜润滑条件下,固液界面亲和性可以对膜厚产生明显的影响。     

固液界面润湿性对面接触乳化液成膜特性的影响

乳化液广泛应用于机械加工装备,在不同润湿性界面下的摩擦润滑机制亟待明晰。通过涂镀疏油层AF(氟改性有机基团,主要成分为[CF(CF₃)CF₂O]_x(CF₂O)_y)和FAS(C₁₃H₁₃F₁₇O₃Si)对轴承钢滑块进行修饰,采用光干涉法测量不同润湿性(AF、FAS、Steel)界面乳化液膜厚度。结果表明：界面润湿性不同导致乳化液膜厚发生较大变化,同卷吸速度下AF表面膜厚最高,Steel表面次之,FAS表面膜厚最低。稀释前乳化液原液成膜能力与其在入口处所受Laplace压力正相关;稀释后乳化液油水两相存在竞争吸附行为,乳化液成膜厚度受水相将油相从固体表面分离所做黏附功影响。结合光致荧光法和固水油三相黏附功共同分析界面润湿性对乳化液成膜的影响,认为涂镀AF后乳化液更易进入接触区。AF界面乳液池特性与油膜厚度的关系,证明了疏油表面可以具有较好的成膜能力。     

非均匀亲和性界面对流体动压润滑油膜厚度的影响

目的研究非均匀亲和性界面对流体动压条件下润滑油膜厚度的影响。方法通过对固体试样表面进行张力修饰以获得对润滑液体不同的亲和性,其中包括表面的不同部分对液体的亲和性不同,即非匀质亲和性表面。试验中利用防指纹油液(AF)对普通钢滑块进行张力修饰得到了匀质AF滑块和非均匀性AF滑块,测量了钢滑块、入口AF滑块、出口AF滑块和全表面AF滑块的油膜厚度随倾角的变化,同时利用防指纹油液对阶梯滑块进行张力修饰得到了AF阶梯滑块,测量了阶梯滑块和AF阶梯滑块在倾角为1:2231和平行间隙两种条件下的油膜厚度随速度的变化。结果四种滑块的油膜厚度随倾角的增大均呈现先增大后减小的趋势,存在最佳倾角,且普通钢滑块表面、非均匀亲和性AF表面、均匀AF表面的油膜厚度依次降低。对阶梯滑块和AF阶梯滑块的测量结果表明,AF阶梯滑块产生的油膜厚度一直低于阶梯滑块。结论在流体动压薄膜润滑条件下,固液界面亲和性可以对膜厚产生明显的影响。通过选择性修饰试样表面,使得表面润湿性具有区域性差异,油膜厚度降低,认为造成该现象的原因是润滑剂在固液界面亲和性低的部分发生较强的侧泄。     

硅橡胶在积污过程中的润湿行为

利用静态接触角法、接触角滞后和HC喷水分级法对自然积污过程中的硅橡胶进行了表面润湿性研究,用粗糙度仪和扫描电镜对样片进行表征分析,研究发现:随着硅橡胶不断的积污,表面粗糙度越大,静态接触角随之也增大,接触角滞后变小,滞后由小到大的顺序是:S3(中污)S4(板结)S1(清洁)S2(轻污)。另外,积污后的硅橡胶表面的润湿特点跟润湿方式有关,如当静态水珠润湿其表面时,表现很好的憎水性,接触角可高达130°以上,当以强烈水流冲击其表面润湿时,表现憎水性较差,憎水分级多数为HC5-HC6。     

油润滑下不同槽宽网状织构表面润滑特性研究

为了提高油膜承载力、改善润滑效果、优化织构化表面的摩擦学性能，研究不同黏度润滑油下网状织构的润滑性能。设计4种不同凹槽宽度的网状织构，通过测量接触角、油膜承载力以及摩擦因数，得到不同转速、不同黏度润滑油下4种网状织构的油膜承载力以及摩擦因数的变化规律。实验结果表明：在4种织构中，凹槽宽度为0.4 mm的网状织构润滑性能最好，在设定的实验条件下，最大油膜承载力为0.52 N,最小摩擦因数为0.019。此外，接触角测量实验表明凹槽宽度为0.4 mm的网状织构表面疏水性能更好，有比较好的成膜能力，使得织构表面动压承载力有比较大提升，摩擦因数也更小。比较不同黏度润滑油和不同转速下网状织构润滑性能，黏度越大的润滑油，油膜承载力越大，润滑效果更佳。同时，油膜承载力随着转速的增大而增大，在润滑油黏度较高时这种影响更为显著。     

飞秒激光制备梯度润湿性单晶硅表面∗

针对化学气相沉积、自组装技术等表面制备方法存在化学污染、表面结合强度低等问题,运用飞秒激光在单晶硅表面加工正方形微凹坑阵列制备梯度润湿性表面,使用白光干涉仪、扫描电子显微镜、能谱仪和接触角测量仪分别测量单晶硅表面粗糙度、微观形貌、化学成分及接触角。 通过改变激光能量密度制备不同梯度润湿性表面,研究不同激光能量密度下液滴在梯度润湿性表面上的铺展规律。 结果表明:随激光能量密度增大,表面粗糙度参数算术平均高度、均方根斜率和界面扩展面积比整体呈增大趋势,表面接触角整体呈减小趋势。 由于激光能量密度增大导致的单晶硅表面平行微凹槽、重凝层及不规则微纳结构使均方根斜率、界面扩展面积比及表面接触角出现波动。 液滴在梯度润湿性表面定向铺展分为加速与减速两个阶段,减速阶段速度伴随明显波动现象,小体积液滴的铺展速度更快。 实现了飞秒激光高精度、非接触、过程可控的梯度润湿性表面制备,结果可为制备单晶硅微流控器件提供理论参考。     

纳米涂覆对材料表面润湿性的影响

为了探讨纳米涂覆对材料表面润湿性的影响,以塑料为基体进行了Cu、非晶态纳米SiO2涂层对试样润湿性影响的座滴试验研究,并利用扫描电镜(SEM)和接触角测量仪对试样界面微观形貌的变化进行了观察以及接触角的测定,最后采用多项对比和理论分析相结合的方法,对材料润湿性的改善机理做出解释。结果表明,纳米涂覆对材料表面润湿性的改善起到了重要作用,试样经非晶态纳米SiO2涂覆处理后,形成牢固的润湿界面,H2O/PVC(聚氯乙烯)的润湿角从45.2°减小到28.3°,润湿性显著提高。     

往复运动条件下润湿梯度表面对限量供油润滑的影响

目的 探究有限量供油条件下,润湿梯度表面对往复运动条件下的油膜润滑增效作用。方法 首先在玻璃试样表面制备一层疏油涂层,降低工作表面润湿性。其次,利用飞秒激光将一定宽度的条状图案刻蚀到掩膜板上,通过掩膜法,利用氧等离子刻蚀技术在玻璃块疏油涂层上构造不同宽度的亲油轨道,形成了润湿梯度表面。然后使用往复运动光弹流膜厚测量仪对亲油轨道的膜厚及油池变化进行测试。试验选用低黏度的PAO4基础润滑油,限量供给0.04μL。钢球与玻璃试样表面构成点接触往复运动摩擦副模型。结果 具有一定亲油轨道宽度（0.2、0.4mm）的润湿性梯度表面具有较好的集油性能。润湿性梯度表面在往复运动行程中心位置作用最为明显,在所给试验条件下膜厚最大为原始表面的3倍。钢球-钢块接触副的摩擦测试结果表明,本文提出的润湿梯度表面使摩擦因数最高下降30%。另外,由于载荷效应导致接触区外侧毛细集油作用减弱,乏油程度增加,随着载荷增加,润滑油膜减小。油滴在一定宽度亲油轨道的扩散仿真结果说明润湿性梯度表面可以有效地将润滑油限制在轨道内,有利于往复运动过程中润滑剂的回流。结论 提出的润湿性梯度表面有较强的集油作用,改善往复运动弹流接触副的...     

界面滑移对阶梯滑块轴承润滑行为的影响

目的 研究入/出口阶梯面界面滑移对阶梯轴承油膜厚度和摩擦因数的影响。方法 通过建立考虑入/出口阶梯面不同程度的界面滑移的一维阶梯滑块模型,求解不同入/出口滑移比例下的油膜厚度和摩擦因数。在阶梯滑块工作面制备含氟类金刚石涂层（F-DLC）,在平行间隙条件下研究了有无含氟类金刚石涂层对油膜润滑性能的影响,并与理论计算结果进行比较。结果 当滑移只发生在入口阶梯面时,随着滑移程度的增大,油膜厚度增大,摩擦因数减小;当滑移只发生在出口阶梯面时,随着滑移程度的增大,油膜厚度减小,摩擦因数减小。当润滑油在入口和出口阶梯面均发生滑移时,会产生油膜厚度及摩擦因数同时减小或油膜厚度增大而摩擦因数减小2种结果。试验结果表明,F-DLC涂层阶梯滑块的膜厚最大且摩擦因数最小,没有涂层的结论与之相反。产生这一特殊现象是由于润滑油在阶梯滑块入口区和出口区的滑移程度不同。由于激光加工形成了微凸体结构以及F-DLC涂层的协同作用,入口区的滑移程度比出口区的大,从而膜厚增大;同时滑移的存在使其摩擦因数降低。结论 在入/出口的界面滑移对阶梯滑块轴承的影响下,会产生2种结果,得到了可以同时满足油膜承载力增大且摩擦因数减小的入...     

一种基于SiO2 气凝胶制备超疏水表面的工艺探讨

以商品化SiO2气凝胶为原料,选择不同的分散介质进行分散,然后在玻璃表面进行涂覆并干燥,制得超疏水表面。研究结果表明:当选择丙酮作为分散介质,SiO2气凝胶质量浓度为30g/L,以旋涂的方式涂覆2次,并于20℃进行干燥时,所制备的表面超疏水效果最好,其接触角为153.2°,滞后角为1.7°。     

纳米单峰粗糙壁面润滑模型的分子动力学模拟

为研究角鲨烷润滑油膜在固定压强、不同温度和不同剪切速度下的边界润滑行为,建立了具有单峰粗糙面的边界润滑模型。分析润滑油膜的密度分布,以及在剪切运动过程中固体壁面的力学响应和应力变化,以及不同剪切速度条件下润滑剂和凸峰的状态变化。结果表明:温度对角鲨烷润滑油膜的分层现象影响较小,对凸峰之间的粘着现象影响显著;较高的相对运动速度有利于减小磨损;混合摩擦状态时,两凸峰接触界面中有少量角鲨烷分子存在,且分子长链方向与剪切方向一致。     

低黏度燃料介质中部分膜点接触弹流润滑分析

目的某型发动机转子系统直接采用JP-10燃料对传动部件进行润滑,但燃料润滑的可靠性是限制其应用的瓶颈技术之一,因此拟研究传动部件在JP-10介质中的润滑状态。方法建立点接触部分膜弹流模型,模型以弹流润滑理论与弹性固体接触理论为基础,应用有限差分法进行完全数值求解。通过比较在JP-10、航空润滑油4050和4109介质中,油膜厚度、油膜压力及粗糙接触压力的分布,分析了JP-10的润滑性能。结果 JP-10形成的油膜厚度与压力均小于另外两种润滑油,JP-10介质中的粗糙接触压力远大于另外两种润滑油中的粗糙接触压力。结论 JP-10的润滑性能比常用的航空润滑油弱,其润滑可靠性较低,需要采取先进表面加工技术对传动部件间的接触表面进行防护,同时在合理范围内提高流体卷吸速度,提高表面加工质量,有利于流体润滑膜的形成。     

基于梳齿沟槽阵列的集油表面润滑特性

对限量供油条件下梳齿沟槽阵列表面的润滑特性及其集油性能进行了研究。 利用飞秒激光在摩擦表面制备了梳齿状沟槽阵列,形成了条状亲油区。 采用摩擦力及膜厚测量仪的往复运动模块对该条状自亲油区在限量供油条件下的润滑成膜特性和减摩降磨特性进行了研究。 同时,采用高速摄像机对梳齿沟槽阵列表面油滴的输运特性进行了观察。 结果表明,以梳齿状沟槽阵列为边界的润滑轨道对置于其上的润滑油有明显约束作用,限制其向润滑轨道之外的铺展。 在有限供油条件下,该类条状自集油表面具有较好的润滑能力、较小的摩擦因数和磨损。 相对于普通润滑表面, 集油表面摩擦因数减小了 30%左右,而往复运动行程中心位置最小膜厚增大了 20 nm。 油滴在梳齿沟槽阵列表面的输运产生明显差异,朝向润滑轨道的输运距离为远离润滑轨道输运距离的 1. 5 倍。     

Lubricated Sliding Wear Behavior of a Cast Iron: Effect of Graphite and/or Talc Fraction in Oil

The effects of suspended solid lubricant (graphite and/or talc) particles in oil on the sliding wear response of a cast iron have been studied in this investigation. The role played by the changing concentration of the talc and graphite particles added to the oil separately as well as in combination toward controlling the wear behavior of the cast iron has also been analyzed. The investigation strongly suggests beneficial effects of the solid lubricant particles suspended in lubricating oil in terms of decreasing wear rate, frictional heating, and friction coefficient. Interestingly, increasing concentration of the suspended lubricant particles in oil led to reduction in the mentioned properties initially followed by the attainment of the minimum at a specific concentration of the solid lubricants. At still higher concentrations, the trend reversed in the case of wear rate and friction coefficient while it remained unaffected as far as the influence on frictional heating is concerned. Formation of stable lubricating film/layer was noted to be responsible for the improved wear performance of the samples while rupture of the lubricant film led to deterioration in wear behavior.     

铝液对石墨润湿过程的研究

铝-石墨复合材料制造中的突出问题是铝液与石墨的润湿能力很差,为此大多在工艺上采取措施,如石墨表面喷涂Ti-B,Ni或Cu涂层,或采用流变铸造等。然而这些措施使得工艺复杂、成本提高,因而推广应用受到限制。为改善铝液与石墨的润湿能力,有必要深入研究铝液对石墨的润湿过程。国内外这方面报道甚少,而且所报道的结果差别较大。我们通过长时间的保温试验,仔细地研究了不同温度下铝液对石墨的润湿过程,发现了一些新的现象。     

表面织构及供油量对润滑性能影响的建模分析

目的研究不同供油条件下织构表面的润滑性能。方法首先,建立考虑表面织构的乏油润滑模型,求解修正雷诺方程获得乏油工况下考虑织构表面的润滑油膜厚度以及压力分布。然后,依据求得的润滑油膜厚度判断计算域内各点润滑状态,通过接触压力及油膜厚度分别计算边界润滑、混合润滑以及流体润滑状态下的切应力,并积分求得摩擦力进而得到摩擦系数。结果模拟了供油层厚度为50~500 nm以及充分供油条件下三种织构的润滑行为,获得了不同润滑状态下表面织构的摩擦系数。速度为0.1 m/s时,供油量对接触区油膜厚度的影响较小,不同润滑状态下织构表现出不同的润滑性能。速度为0.2 m/s时,供油层厚度对油膜厚度的影响较大,随着供油层厚度的增大,膜厚明显增加,摩擦系数在供油层厚度为200 nm时最小。结论接触副处于流体润滑状态时,织构表面不具有减摩效果。接触副处于边界润滑状态时,织构表面具有减摩效果,并且织构较密时,摩擦系数较小。接触副处于混合润滑状态时,织构过于稀疏或密集时均不具有减摩效果,但是合理分布的织构具有减摩效果。