正庚烷薄膜润滑的分子动力学模拟

研究以正庚烷作为润滑剂时薄膜润滑膜的结构特性和摩擦特性。采用分子动力学的方法建立薄膜润滑的计算体系,探究温度和压力对润滑油膜结构组成、滑移现象和摩擦特性的影响。结果表明,纳米量级润滑膜显现出“分层”的类固性;温度越高,固液分子之间吸附作用越强,越不易发生界面滑移,摩擦力越大;压力越大,层状结构越突出,类固性越强,越不易发生界面滑移,摩擦力越大;薄膜润滑是一种过渡状态,且是一种可以独立存在的过渡状态。     

含石墨烯润滑油多孔聚酰亚胺摩擦学行为研究

多孔聚酰亚胺（PI）可以在孔隙中储存润滑油,当多孔PI作为摩擦壁面时孔隙内的润滑油会渗出实现润滑。为实现更优异的润滑效果,将石墨烯润滑油渗入多孔PI中,制备含石墨烯润滑油多孔PI。以氮化硅（Si3N4）为摩擦副,基于分子动力学原理建立Si3N4-多孔PI-Si3N4层结构以及多孔含油聚酰亚胺（PI/C）-润滑油膜-Si3N4层结构,模拟多孔PI与Si3N4之间的范德华能、剪切应力、相对浓度分布以及温度分布,分析石墨烯润滑油渗入后形成的含石墨烯润滑油多孔PI结构(PI/CG)对多孔PI润滑性能的影响,并通过试验验证了仿真结果。研究发现：在PI孔隙中浸入石墨烯润滑油后,PI材料的吸附能力变强、剪切应力减小、摩擦副间温度降低以及耐磨性提高;PI/CG可明显改善润滑效果,在摩擦磨损试验过程中的摩擦学性能优于PI/C。     

分子动力学模拟巴氏合金界面磁性液体润滑行为

磁性液体因其顺磁可控的流变特性,可满足极端工况对滑动轴承润滑油膜稳定性不断提高的要求,在轴承润滑方面具有良好的应用前景。为探究磁性液体微观润滑机制,采用分子动力学模拟方法构建和优化巴氏合金界面磁性液体润滑的微观模型,并根据实际工况进行限制性剪切模拟,研究温度和剪切速度对PAO6基磁性液体在巴氏合金界面润滑行为的影响;通过分析滑动过程中相对浓度分布、温度分布、速度分布、均方位移和界面吸附能等参数的变化,从分子层面揭示磁性液体微观润滑的作用机制。结果表明：PAO6基磁性液体具有良好的扩散性和散热性,可以粘附在巴氏合金摩擦界面起到很好的承载和减磨作用;在高温和高剪切速度下,磁性液体润滑膜仍呈现出良好的稳定性,磁性颗粒具有良好的扩散能力。研究结果有助于完善纳米薄膜润滑理论,对磁性液体的工程应用具有现实指导意义。     

纳米薄膜润滑及其改性的分子动力学模拟

研究了纯正十三烷和含有摩尔分数为10％的多面体倍半硅氧烷材料T8H8的正十三烷两种润滑膜在不同剪切速率下的纳米薄膜润滑行为。首先建立了长链分子间的作用力模型,接着运用分子动力学模拟的方法得到了两种润滑膜分别在1 m／s、5 m／s、10 m／s和20 m／s四种不同剪切速率下所受到的平均剪应力以及沿着膜厚方向的速度、密度和平均温度分布,考察了一些特殊的物理现象。结果表明:分层和层间滑移现象在两种润滑膜的各种剪切速率下都会发生,是纳米薄膜润滑中的普遍现象;随着剪切速率的不断增加,两种润滑膜内部的温度都在不断升高。在各种剪切速率下,润滑膜中心层的温度总是达到最高值;T8H8加入到纯正十三烷中能显著降低润滑膜所受到的剪切应力和内部产生的温度,达到改善润滑剂润滑效果的作用。     

薄膜润滑中固—液相变的模拟

本文以分子动力学方法模拟了薄膜润滑中润滑剂的固液相变。模拟系统由两个平行的固体壁面和界于壁面间的流体分子构成。薄膜中流体分子的运动规律可由系统运动方程解得,再通过平均得到薄膜液体的宏观特性。计算结果表明,在薄膜润滑中润滑剂的一些性质会变成与膜厚有关的参量,一定条件下还会发生由壁面诱发的相变。薄膜中润滑剂的相变临界压力随膜厚的减小而降低,当相变压力低于系统给定压力时,润滑剂会发生固化。这种现象与薄膜中有序结构的发展规律有关。随着压力增加,流体分子的有序结构由壁面逐渐向薄膜中部发展,因此较厚的润滑膜需要较高的压力才能形成贯穿全膜的有序结构而产生相变。     

含石墨烯聚α-烯烃合成基础油的摩擦学行为分子动力学模拟

为探究聚α-烯烃链长和石墨烯添加剂对聚α-烯烃(PAO)合成基础油摩擦性能的影响,采用分子动力学方法研究不同结构的PAO的摩擦学性能,分析PAO分子链长及石墨烯质量分数对润滑油与摩擦副接触面间的剪切应力、范德华能以及油膜厚度的影响。结果表明:石墨烯可以增加润滑油与摩擦副接触面间的范德华能,从而吸附更多润滑油分子,增加油膜厚度,降低剪切应力,提升润滑油减摩效果,且可使范德华能的变化更加平稳,提升润滑油吸附的稳定性;石墨烯对不同链长PAO的影响不同,对于短链PAO,石墨烯较低时就能起到很好的减摩效果,且减摩效果更加明显;而对于长链PAO,石墨烯含量较高时才能起到减摩效果。     

石墨烯类添加剂在润滑中的应用研究进展

综述近年来国内外对石墨烯类纳米材料作为添加剂在油润滑、水润滑、减摩复合材料、脂润滑等方面的研究成果,分析石墨烯类纳米添加剂对材料摩擦学性能的影响,总结其摩擦磨损机制,并指出石墨烯类作为高性能润滑添加剂未来的研究方向,包括石墨烯的可控改性处理、石墨烯类添加剂在润滑介质中最佳添加量及分散稳定性的影响因素、石墨烯类添加剂与润滑剂间的摩擦化学机制及与其他纳米添加剂的协同作用机制、石墨烯类添加剂在摩擦过程中形成保护膜的机制。     

纳米润滑油添加剂抗磨减摩分子动力学模拟研究

研究分子动力学模拟的基本原理,建立摩擦副的分子动力学模型。通过计算对磨材料原子与被磨面材料原子之间作用力,建立运动方程,通过数值方法求解运动方程,模拟出不同时刻原子运动轨迹,根据运动轨迹和原子间作用力分析摩擦磨损过程。对Fe/Fe和Fe/Cu 2种摩擦副的抗磨减摩性能进行模拟计算,分析磨损量与模拟时间和载荷曲线的变化趋势。结果表明有中间纳米Cu润滑层的Fe/Cu摩擦副具有良好的摩擦性能。     

纳米粗糙间隙中季戊四醇四酯的薄膜润滑行为

采用分子动力学模拟方法建立光滑和粗糙2种固体壁面结构,研究季戊四醇四酯润滑剂在不同压力、薄膜厚度下,在恒定剪切速度和温度下的薄膜润滑行为。分析壁面间润滑薄膜的密度分布,以及剪切过程中润滑剂的速度分布。输出固体壁面在x向和z向的力学响应,并计算摩擦因数。结果表明：表面纳米结构降低了润滑薄膜的厚度,减弱了润滑薄膜分层现象;当润滑薄膜厚度较大时,V形纳米沟槽有助于减小薄膜润滑系统的摩擦因数;润滑薄膜厚度较小时,V形纳米沟槽表面润滑状态容易从流体润滑转变到边界润滑状态,摩擦因数增大。     

分子动力学模拟环烷烃含碳量对边界润滑的影响

研究了四种不同含碳量的环烷烃润滑膜在不同负载下的边界润滑行为。建立具有正弦曲面凸峰的粗糙面边界润滑系统模型,采用分子动力学模拟了四种润滑膜分别在25～500 MPa的四种负载下沿膜厚方向的密度分布。在系统的上、下固体壁面施加方向相反的剪切速度,计算出壁面原子的应力、固液界面摩擦力、正压力和摩擦因数。试验测量了环己烷油膜的摩擦因数。结果表明,分子含碳量不同的四种环烷烃润滑剂均出现分层现象,随着润滑剂分子含碳量的增加,密度分布曲线中间区域的波谷值越高,层间的原子数越多,分层越不明显;润滑剂分子含碳量越大,承载能力越高;环己烷和环十二烷润滑膜在50 MPa时相继破裂,环二十四烷润滑膜在100 MPa时破裂,环四十八烷润滑油膜承载能力超过500 MPa;模拟计算边界润滑状态下环己烷油膜的摩擦因数,符合试验测量值。     

钢蜗轮摩擦副边界润滑状态判断及润滑油添加剂选择

使用Johnson和Hooke编制的润滑状态区域图,对实验所用的中心距为120mm钢蜗轮减速器摩擦副的润滑状态进行了计算与判断,根据润滑类型,合理选择了润滑油添加剂。     

小尺度摩擦副润滑特性数值模拟研究

与一般大型机械设备中的摩擦副不同,小尺度摩擦副润滑油膜在表面张力的作用下不再是水平形状,从而影响到摩擦副的摩擦学特性。在考虑到表面张力作用的基础上,对小尺度摩擦副进行摩擦学理论分析,建立了二维模型并求解了雷诺方程,以研究小尺度下表面张力对摩擦副摩擦学特性的影响。研究结果显示,由于表面张力的影响,摩擦副的油膜压力分布和承载能力有较大幅度的变化。宏观状态下的摩擦学设计与小尺度摩擦副的实际情况相去甚远,对小尺度摩擦副表面张力作用下的摩擦学特性进行研究是十分必要的。     

石墨烯作为润滑油添加剂的研究进展*

作为环境友好型材料,石墨烯超薄的片层结构、出色的力学性能、优异的耐高温和自润滑等性能使其在润滑油领域备受关注。综述石墨烯、功能化石墨烯(各种有机分子对石墨烯的共价和非共价修饰)和石墨烯与其他纳米粒子(氟元素、金属单质、金属化合物等)的复合材料作为润滑油添加剂的研究进展;归纳总结石墨烯的物理摩擦吸附膜、摩擦化学膜、自修复效应、复合材料滚珠效应等抗磨减摩机制;指出石墨烯添加剂目前研究存在的问题,如不同制备方法或不同功能化的石墨烯在润滑油中的最佳掺量及抗磨减摩性能存在较大的差异,不同结构的石墨烯润滑油添加剂在不同工况和不同润滑域中的抗磨减摩性能和机制研究还不够系统完善,石墨烯、功能化石墨烯、石墨烯复合材料的制备,基于分子动力学的理论设计研究较少;提出石墨烯添加剂研究的发展方向,如建立石墨烯润滑油添加剂结构与抗磨减摩性能关系的大数据模型,采用分子动力学等模型对新型高性能石墨烯润滑油添加剂的分子结构进行理论设计和可控合成。     

超薄含水油膜Couette流润滑特性的分子动力学模拟

基于分子动力学方法,建立超薄含水柴油膜的全原子分子模型,进行不同含水率下油膜Couette流的润滑特性研究。在相同剪切速度作用下,分析含水油膜的微观结构、速度分布、整体键取向参数、剪切黏度等性质。发现不含水时油膜形成了类固体层,不具有流动性,且在剪切过程中黏度值下降,即表现出剪切时间稀化现象;而含水工况下,油膜出现分层结构,流速符合Couette流的流动特性;且含水率越高,油膜的分层现象越明显,链烃的有序性越强,致使油水混合薄膜的剪切黏度值也越低,呈现出非牛顿流体性质,此时油膜固有的剪切稀化特性被削弱。研究表明,水分子由于具有较强的分子间作用力,能促使油膜中的有机分子重新排布,从而对油膜的润滑性能产生较大改变。     

分子动力学模拟纳米颗粒添加剂对边界润滑的影响

通过试验和模拟的方法研究了不同压力条件下纳米铜颗粒添加剂在正十六烷基础油中的边界润滑行为。建立具有正弦曲面粗糙峰的边界润滑模型,采用分子动力学分别模拟了在25,50,100,200 MPa 4种压力下,含纳米铜颗粒与不含纳米铜颗粒时润滑油沿膜厚方向的密度分布。在润滑体系的上下固体壁面施加方向相反的剪切速度,计算出壁面原子与铜颗粒原子的应力、固液界面摩擦力、正压力和摩擦因数。采用微纳米划痕仪测量了含铜颗粒润滑剂的摩擦因数。结果表明：不同压力下两种润滑体系中的十六烷基础油均出现分层现象;纳米粗糙峰直接接触时,接触界面仍存在少量的正十六烷分子,且分子主链的排列方向与剪切方向相同;在200 MPa时铜颗粒使固体壁面的最大应力减小35.3%,提高了润滑体系的承载能力;不含铜颗粒润滑体系润滑油膜在50 MPa时破裂,含铜颗粒润滑体系润滑油膜在200 MPa时破裂;模拟计算的边界润滑状态下两种润滑体系的摩擦因数符合试验测量值。     

摩擦副润滑状态可靠性的计算

本文是重新估计润滑状态的一种新的探讨——利用铁谱技术对摩擦界面间存在的磨柱进行观察分析。论证了磨粒对润滑状态的影响及其统计的尺寸分布规律。进而提出润滑状态可靠性的计算方法。     

基于分子动力学的纳米轴承动压润滑研究

采用分子动力学方法建立了纳米轴承分子动力学模型,研究了不同剪切速度、不同主轴偏心率、不同势能参数下轴承承载力的变化。研究结果表明,纳米轴承具有临界速度,在临界速度以下,轴承承载力随剪切速度增大而增大,超过临界速度,承载力产生突降;纳米轴承承载力随主轴偏心率增大而逐渐增大;当势能参数增大时,轴承承载力逐渐增大,但增幅趋缓。     

微型集中润滑系统的设计规范及应用

本文着重论述了微型集中润滑系统的设计规范和部分润滑元件的功能。     

流体机械的润滑技术

对流体机械的润滑技术进行了分析,综合讨论了影响流体机械润滑与磨损的十个主要因素,对流体机械润滑技术的发展及应用有指导意义。