润湿性梯度表面上液滴运动的数值模拟

建立液滴在具有润湿梯度表面上运动的物理和数学模型,用Fluent软件模拟出液滴在润湿梯度表面上的运动过程,并从能量变化的方法得到液滴在润湿梯度表面上运动的机制.计算结果表明润湿性梯度表面上的液滴具有不同的能量状态,当液滴的接触角较大时,液滴的表面能较大,此时液滴可以自发地向低接触角的方向运动,润湿性梯度的分布状况将决定液滴运动过程的速度和加速度的大小.     

表面修饰SiO2纳米微粒的制备及其摩擦学性能研究

根据Stb(o)er法,控制和调节反应物的浓度制备出不同粒径的SiO2乙醇溶胶,利用十八醇,在高温、惰性气氛条件下进行酯化反应,对无机纳米微粒进行表面化学修饰,制备出油溶性的纳米微粒;将不同粒径的油溶性SiO2纳米微粒用作润滑油添加剂,对其摩擦学性能进行评价.结果表明:制备的表面修饰SiO2纳米微粒粒径分布均匀,能在有机溶剂和油中分散形成稳定的有机溶胶;纳米微粒粒径大小对其摩擦学性能有一定影响,SiO2纳米微粒的粒径越小,减摩抗磨效果越好,因为小的纳米微粒更容易在金属磨损表面形成低熔点且易剪切的纳米润滑防护层.     

表面润湿性对橡胶滑动接触界面摩擦特性的影响

针对橡胶滑动接触界面,利用自主研制开发的光学原位观测线性往复式摩擦试验机,通过控制蒸馏水与添加剂的配比,对不同润湿性液体润滑条件下的橡胶滑动摩擦过程进行了试验性探究,在此基础之上建立了固-液接触角与橡胶滑动摩擦因数之间的关联性,以期从微观界面润湿的角度解释湿滑条件下橡胶滑动摩擦因数变化的原因。研究表明:当润滑液进入橡胶滑动接触界面时,橡胶的黏滞效应大幅度降低,导致摩擦因数出现断崖式下跌,稳态摩擦因数减小;随着添加剂配比的降低,固-液接触角逐渐增大,润滑液在固体表面上的铺展与润湿性变差,润滑作用减弱,稳态摩擦因数逐渐增大。另外试验结果分析表明,固-液接触角与稳态滑动摩擦因数具有一定的线性相关性(R~2≈0.92),摩擦因数随着接触角的增大而增大。     

油溶性ZnO纳米微粒的制备及摩擦学性能研究

采用水热法制备油酸修饰的纳米氧化锌微粒,用XRD、TEM、和IR等检测手段对样品进行表征,将不同质量分数的油溶性ZnO纳米微粒用作润滑油添加剂,对其摩擦学性能进行评价.结果表明:所制备的样品由纤锌矿结构的无机ZnO微粒核和有机修饰剂壳组成,油酸分子以化学键形式键合在ZnO纳米微粒表面, 平均粒度为12～15 nm,比较均匀、无明显团聚,在非极性有机溶剂中易于溶解和分散;基础润滑油中添加油溶性ZnO纳米微粒后,在摩擦过程中钢球表面生成含有Zn的边界润滑膜,从而显著提高基础润滑油的抗磨能力,但减摩效果不明显.     

表面修饰Bi纳米微粒的制备及摩擦学性能

为研究低熔点金属纳米微粒作为润滑油抗磨添加剂的摩擦学性能,采用原位表面修饰液相化学还原的方法,制备了硬脂酸修饰B i纳米微粒,通过XRD,TEM,FT-IR等分析手段对其形貌和结构进行了表征,在四球摩擦磨损试验机上考察了所制备表面修饰B i纳米微粒添加在液体石蜡中的减摩抗磨性能。结果表明,所合成的纳米微粒具有斜方晶型B i的晶体结构,平均粒径10~20 nm,分散好,颗粒之间无团聚现象,有机修饰层的存在防止了B i纳米微粒的氧化。硬脂酸修饰B i纳米微粒在中低负荷下作为润滑油添加剂具有良好的减摩性能和较好的抗磨性。     

膨胀石墨的表面改性及作为润滑油添加剂的摩擦学性能

用超声波对蠕虫石墨进行处理得到蠕虫石墨和纳米石墨薄片混合体的膨胀石墨润滑油添加剂,并利用氰基丙烯酸乙酯进行原位改性。用X射线衍射（XRD）、红外光谱（FT-IR）和热分析（TGA-DSC）等仪器分析了添加剂的组成和结构,表明制备的膨胀石墨润滑油添加剂保持了天然石墨的晶体结构,其表面聚合有聚氰基丙烯酸乙酯的有机层,添加入基础油中其层间吸附有大量基础油。利用四球机考察了添加剂在AN10全损耗系统用油中的摩擦磨损性能,表明膨胀石墨润滑油添加剂能提高润滑油的抗磨性能及承载能力,并能降低摩擦因数,其最佳用量约为0.2%。     

沙棘油的提取及摩擦学性能研究

通过超临界CO_2萃取技术提取沙棘油(SBO),利用热失重分析仪(TGA-DSC)分析其热稳定性,并与高性能的环保专用润滑油荷荷巴油(JO)进行比较;利用MFT-R4000高速复摩擦磨损试验机对比研究沙棘油与荷荷巴油及加入二烷基二硫代氨基甲酸钼(MoDTC)、二烷基二硫代磷酸锌(ZnDTP)添加剂后的摩擦学性能,用光学显微镜(LV150N)和能谱仪(EDS)观察和分析钢块磨斑表面形貌和磨斑表面主要化学元素。结果表明:沙棘油的耐热性能、润滑性能及对MoDTC和ZnDTP添加剂的感受性优于荷荷巴油;沙棘油和MoDTC和ZnDTP复配油润滑下,钢块磨斑表面P和S元素含量相对较高,表明S和P元素在摩擦过程中与摩擦表面发生了摩擦化学反应,生成了磷酸铁和硫化铁等反应膜,提高了摩擦副的抗磨和减摩性能。     

表面修饰硼酸镧纳米粒子的制备及摩擦学性能

以La(NO3)3.6H2O和Na2B4O7.10H2O为原料,添加硅烷偶联剂KH550,采用化学沉淀法制备出表面被修饰的硼酸镧纳米粒子;将制备的纳米颗粒按2%的比例加入纯基础油中制备成液固相分散体系,采用透射电子显微镜对体系的分散性进行表征,采用MMU-10G摩擦磨损试验机测试该分散体系对钢摩擦副的摩擦学性能。结果表明:该润滑油分散体系具有优异的抗磨性能以及良好的减摩效果,与纯基础油相比,在250 N、450 r/min转速下摩擦运行30 h的磨损率下降83%,摩擦因数下降30%。SEM、EDX分析表明,在摩擦过程中硼酸镧纳米材料参与了摩擦表面的成膜反应,起到了修复作用。     

锡青铜超疏水表面纳秒激光制备及润湿性转变机理研究

以锡青铜为基底,研究采用纳秒紫外激光代替飞秒激光制备金属超疏水表面的方法。通过改变激光加工参数制备了不同表面微观结构,并采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润湿性进行了表征,通过X射线光电子能谱(XPS)分析了所制备的样片表面化学元素含量及其随时间的演变,对润湿性转变的机理进行了解释。研究结果表明,采用纳秒紫外激光可以在锡青铜基底制备类似飞秒激光加工得到的金属超疏水表面;激光加工后的样片润湿性随时间变化,转变机理是激光加工过程中生成的CuO在磷元素的催化脱氧作用下生成了本征疏水的Cu2O;在紫外激光能量密度为5.61 J/cm2下,激光扫描速度100 mm/s时,所制备的表面具有微纳复合结构的表面接触角超过150°,滚动角小于10°。     

工程耐磨构件表面织构及摩擦学性能研究

表面织构是利用特定的加工方法在构件的摩擦表面加工出一定尺寸和排列的微小阵列,可有效改善表面润滑状态,降低摩擦系数,减少磨损量和表面温升。分析了不同工程耐磨构件表面织构的类型和加工方法以及表面织构对构件表面摩擦学性能的影响,提出了工程耐磨构件表面织构研究的方向。     

模具钢表面多弧离子镀CrAlN涂层的制备及其摩擦性能研究

为了改善模具钢表面质量,采用多弧离子镀技术在H13模具钢表面沉积CrAlN薄膜,探讨H13钢基体表面渗氮处理后对薄膜表面形貌、硬度、结合力、抗氧化性和摩擦磨损性能的影响。结果表明：基体表面渗氮处理前后制备的CrAlN涂层表面均匀致密,都有少量的大颗粒,涂层表面均呈CrN（200）面择优取向,而渗氮后制备的涂层CrN（200）面择优取向更强;基体H13钢经过表面渗氮后,硬度显著提高,对制备的涂层具有支撑作用,降低了裂纹产生倾向,提高了涂层产生裂纹的临界载荷,提高了涂层的膜基结合力;相较于基体表面未渗氮处理制备的CrAlN涂层,基体表面渗氮后制备的CrAlN涂层具有更高的硬度和结合力,更为优异的摩擦磨损性能,且抗高温氧化性能显著增强。     

微小交叉凹槽图型表面的摩擦特性

为了研究微小交叉凹槽图型表面对滑动摩擦性能的影响,采用销-盘摩擦副接触方式在石蜡油润滑下,对不同夹角的微小交叉凹槽图型表面进行摩擦试验,利用Stribeck 曲线分析在不同试验条件下,不同夹角的微小交叉凹槽图型表面的摩擦特性,利用摩擦因数曲线图解析在不同载荷和滑动速度下,不同夹角的微小交叉凹槽图型表面的摩擦行为.结果表明,当试样表面微小交叉凹槽图型夹角为135°时,其减摩效果最佳,摩擦行为主要为混合及流体动力润滑状态下的摩擦.     

304不锈钢表面离散圆形凹坑液相辅助激光制备及摩擦性能

为改善304不锈钢耐磨性及润湿性,在空气与液相2种介质下使用激光加工技术在304不锈钢表面制备离散型圆形凹坑织构。借助白光干涉仪、扫描电子显微镜及能谱、接触角测量仪对织构试样表面形貌、元素含量及润湿性进行了表征,并通过摩擦磨损试验考察了织构试样在干摩擦和油润滑下的摩擦学性能。结果表明：空气介质下激光加工增强了试样表面疏水性能,接触角为123.3°;液相辅助激光加工增强了试样表面润湿性,接触角为29.3°;液相辅助激光加工表面的微凹坑分布更加均匀,无明显的氧化及熔融物重铸现象,这是因为液相在激光加工时对试样起到了冷却及保护作用;液相辅助激光加工表面织构在2种摩擦工况下的摩擦因数均最小,且磨损有一定改善。液相辅助激光制备的织构表面较为均匀、无较大的微凸峰,且具有较好的润湿性能,有利于润滑油的存储及铺展,进而改善了界面摩擦行为。     

纳米CaCO3半金属摩擦材料摩擦磨损性能的研究

使用定速摩擦试验机研究了纳米CaCO3对半金属摩擦材料性能的影响。结果表明：在半金属材料中，用纳米CaCO3代替普通的CaCO3粉体，在混料过程中，纳米CaCO3粒子粘附在其他颗粒和钢纤维表面上，热压成型过程中，作为粘结剂的树脂材料与这些材料之间的结合强度降低。在摩擦过程中，造成表面颗粒在剪切力的作用下，很容易与基体脱离，从而使得摩擦材料的摩擦因数偏小，而磨损率却大大增加。     

油润滑下MoSi2材料的摩擦磨损性能

运用M-200型摩擦磨损试验机测定了油润滑条件下MoSi2与45调质钢、45淬火钢和CrWMn钢配对时的摩擦磨损性能，采用扫描电镜和微探针分析了摩擦副表面的形貌，探讨了磨损机理：结果表明：采用20号机械油润滑可有效地降低MoSi2材料的磨损率及摩擦因数；与低硬度的45调质钢和45淬火钢对摩时，MoSi2材料的主要磨损机制为晶间断裂、疲劳断裂、轻微粘着磨损和磨粒磨损；MoSi2材料与高硬度的CrWMn钢对摩时，主要磨损机制表现为粘着磨损、微犁削式磨粒磨损，并在偶件表面材料凸点的前端形成楔块。     

纳米羟基磷灰石改善润滑油摩擦性能研究

针对传统润滑油在高承载能力、环境友好方面的不足,将纳米羟基磷灰石添加到润滑油中提高其摩擦性能。利用化学沉淀法制备纳米羟基磷灰石,通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外线光谱(FT-IR)和扫描电子显微电镜(SEM)对其结构进行表征,采用四球摩擦试验仪测定其润滑油摩擦性能。结果表明,羟基磷灰石为50nm×200nm的棒状粒子,其作为润滑油添加剂具有良好的抗磨损性能,能显著提高润滑油的承载能力。当纳米羟基磷灰石的质量分数为0.5%时,其润滑油的抗磨和承载性能较好。     

表面织构特征对其摩擦润滑特性的影响

为研究织构阵列的形貌、排布方式对织构化滑动摩擦副摩擦学特性的影响,利用三维CFD仿真方法,基于Navier-Stokes(N-S)方程建立不同形貌、排布的织构阵列摩擦副的润滑模型,分析不同形貌及排布方式对压力分布和承载特性的影响;在此基础上,研究6种形貌、2种排布方式织构的润滑特性及摩擦性能。结果表明,流体流入收敛楔产生正的流体动压,流入发散楔产生负的流体动压,规则排布的织构单元摩擦性能优于错开排布的织构单元。在最优的雷诺数条件下,不同形貌的织构单元平均摩擦系数随面积率的增加而减少,菱形织构和球冠形织构面积率从4.5%增加到12.5%时,摩擦系数分别降低了81%和76%。因此,合理的选择织构形貌、尺寸有助于改善织构化滑动摩擦副的摩擦学特性。     

表面粗糙度对碳/铜载流摩擦副摩擦磨损性能的影响

通过环-块式摩擦磨损试验研究了表面粗糙度对碳/铜载流摩擦副摩擦磨损性能的影响,并分析了磨损形貌及机制。结果表明:其摩擦因数与电弧行为密切相关,无电弧时摩擦因数曲线平滑;对磨环的表面粗糙度越大越容易产生电弧,电弧的烧蚀导致块试样的磨损加剧;不同表面粗糙度下均存在临界起弧法向压力,且随着表面粗糙度的增大而增大;载流摩擦副的磨损机制主要为磨粒磨损、粘着磨损、电弧烧蚀及材料转移。     

单相硼化物的制备及摩擦磨损性能研究

为了深入研究渗硼层中硼化物的性能,采用真空感应熔炼法制备单相硼化物材料。观察分析制备的硼化物微观组织,测试其力学性能。采用MMU-5G型销-盘式摩擦磨损试验机,在干摩擦条件下,研究了不同载荷下单相硼化物的摩擦学性能,观察其磨损表面形貌特征,探讨其磨损方式。结果表明：制备的硼化物为单一相,试样纯度高,试样的平均显微硬度为HV2065,平均断裂韧性值为1.68 MPa·m1/2;硼化物的断口处没有宏观的塑性变形,断口齐平光亮,表现为脆性断裂特征;干摩擦条件下随着载荷从10 N增加到30 N,硼化物的摩擦因数先降低后增加,20 N载荷时达到最小值,而其磨损量随着载荷的增加不断上升;随着载荷从10 N增加到30 N,磨损表面的粗糙度先逐渐上升后急剧上升; 10~20 N载荷下,硼化物的磨损以磨粒磨损为主,而25~30 N载荷下,硼化物的主要磨损方式从磨粒磨损转变为脆性破损。     

纳米铜润滑油添加剂减摩抗磨及自修复性能

利用透射电子显微镜与电子衍射观察由二烷基二硫代磷酸原位修饰合成的铜纳米微粒的形貌和结构。在四球机上考察其作为基础润滑油添加剂的抗磨减摩性能,在环块机上考察其作为润滑油添加剂的自修复性能。结果表明,铜纳米添加剂具有良好的抗磨减摩和自修复性能。利用扫描电子显微镜观察滑块表面的磨痕形貌,利用电子天平对滑块自修复前后的质量进行称量比较,利用X射线光电子能谱仪对自修复膜表面的元素组成和化学价态进行分析,发现在300N的负荷下,纳米铜的添加量为4%时修复效果最好,试块经4h修复后滑块质量增加0.5mg,磨斑直径和摩擦因数呈现明显下降的趋势。摩擦过程中铜纳米微粒在摩擦表面形成沉积膜,这种沉积膜与表面修饰层形成的摩擦化学反应膜产生协同作用,从而表现出优良的抗磨自修复性能。