水基纳米液压液抗磨减摩特性的分子动力学模拟*

为探究纳米颗粒对于水基纳米液压液抗磨减摩特性的影响机制,以水基Cu纳米液压液为例,构建纳米流体在平板间做剪切流动的动力学模型,采用Lennard-Jones势函数、嵌入原子势(EAM)、MCY建立原子间势能模型,研究不同压力、不同纳米颗粒含量、不同剪切速度下水基纳米液压液的抗磨减摩特性和承载能力。结果表明:水基纳米液压液的承载能力随着纳米颗粒数量的增加而增大;在一定范围内,摩擦力会随着纳米颗粒含量的增大而减小,但过大的纳米颗粒含量将导致摩擦加剧。借助分子动力学模拟的方法,探索在剪切作用下纳米颗粒的运动状态,结果发现纳米颗粒绕不同坐标轴的角速度分量存在较大的差异,表明纳米颗粒在模拟区域的上下金属壁面之间起到类似滚珠轴承中"滚珠"的作用。     

纳米流体与微织构耦合作用对刀具材料摩擦磨损性能的影响研究

合理的表面织构可有效改善摩擦副界面间的摩擦状态。为研究纳米流体与表面微织构耦合作用对硬质合金刀具材料摩擦性能的影响,采用“两步法”将纳米Fe3O4颗粒添加到水基切削液基础液,制备出质量分数为0.5%的Fe3O4纳米流体,并利用激光微加工技术在光滑的YG6X硬质合金样件表面制备出不同尺寸参数的沟槽型与凹坑型表面微织构。分析纳米流体与表面微织构耦合作用下硬质合金样件的摩擦磨损性能,整理摩擦系数、样件表面磨损形貌、磨球磨损率等数据发现,纳米流体能够有效改善基础液的润滑性能,在一定尺寸形状的织构样件相互作用下表现出优异的抗磨减摩性能,并且揭示了相应的减摩抗磨机理。     

原位溶胶-凝胶法合成纳米SiO_2润滑液的摩擦学性能

采用溶胶-凝胶法在亲水性聚醚油中原位制备纳米二氧化硅微球。利用透射电镜系统考察反应条件,如氨水和水的添加量、正硅酸乙酯(TEOS)添加量、聚醚含量及水解温度对原位生成的纳米二氧化硅颗粒的直径和形貌的影响。结果表明:随着TEOS、氨水及水含量的增加,纳米二氧化硅颗粒直径逐渐增大;而随着聚醚油含量增加以及反应温度的升高,纳米二氧化硅颗粒直径逐渐减小直至出现严重团聚。使用四球摩擦磨损试验机,研究不同粒径的纳米二氧化硅微球对润滑油减摩抗磨性能的影响。结果表明,随着纳米颗粒添加量的增加其摩擦因数和磨斑直径呈现出先下降后上升的趋势;在纳米颗粒最佳添加量时,纳米颗粒直径越小其减摩抗磨效果越明显;同时,纳米二氧化硅润滑液具有优异的减摩抗磨性能,但其最佳添加量受颗粒直径影响呈非规律性变化。     

水基GO/Al2O3混合纳米流体微量润滑的摩擦性能及加工特性

以植物型润滑油为切削液的微量润滑(Minimum quantity lubrication,MQL)技术因表现出优良的加工性和环境友好性而备受关注.然而,由于油基切削液的冷却能力低,传统油基MQL往往会产生高的切削温度.水基切削液的冷却性能好,但润滑能力不如油基切削液.为了提高水基切削液应用于MQL时的润滑性能,提出了一种以氧化石墨烯/氧化铝(GO/Al2 O3)混合水基纳米流体为切削液的MQL技术,并对其摩擦磨损和加工特性进行了对比研究.为了获得较佳的减摩抗磨性能,优选了GO/Al2 O3的质量比.结果 表明,水基GO/Al2O3混合纳米流体MQL与单一GO或Al2O3纳米流体MQL相比,摩擦系数和磨斑直径显著降低,加工特性提升明显,且表现出与传统植物油MQL相当的加工特性.水基混合纳米流体MQL的优异性能归因于GO/Al2O3混合纳米颗粒渗透进入摩擦界面,形成由GO自润滑层和Al2O3润滑薄膜组成的复合保护膜,阻止了摩擦界面的直接接触,从而提高了润滑能力.     

水基GO/Al2O3混合纳米流体微量润滑的摩擦性能及加工特性

以植物型润滑油为切削液的微量润滑(Minimum quantity lubrication,MQL)技术因表现出优良的加工性和环境友好性而备受关注.然而,由于油基切削液的冷却能力低,传统油基MQL往往会产生高的切削温度.水基切削液的冷却性能好,但润滑能力不如油基切削液.为了提高水基切削液应用于MQL时的润滑性能,提出了一种以氧化石墨烯/氧化铝(GO/Al2 O3)混合水基纳米流体为切削液的MQL技术,并对其摩擦磨损和加工特性进行了对比研究.为了获得较佳的减摩抗磨性能,优选了GO/Al2 O3的质量比.结果 表明,水基GO/Al2O3混合纳米流体MQL与单一GO或Al2O3纳米流体MQL相比,摩擦系数和磨斑直径显著降低,加工特性提升明显,且表现出与传统植物油MQL相当的加工特性.水基混合纳米流体MQL的优异性能归因于GO/Al2O3混合纳米颗粒渗透进入摩擦界面,形成由GO自润滑层和Al2O3润滑薄膜组成的复合保护膜,阻止了摩擦界面的直接接触,从而提高了润滑能力.     

添加纳米Fe3O4 润滑剂磨损性能试验研究

采用化学共沉淀发制备了纳米级铁磁流体润滑剂，利用MMW-1万能摩擦磨损试验机，测定了添加纳米Fe3O4润滑剂在不同速度、添加量和载荷下的摩擦学性能，并对减摩抗磨机制进行了研究。结果表明，添加纳米Fe3O4粒子的润滑油表现出了良好的抗磨减摩性能，并能够显著改善基础油的承载能力，最大可以提高16．5％。其减摩抗磨机制为，由于纳米微粒大多为球状，能起到类似“球轴承”的作用，从而提高润滑性能；另外，由于纳米颗粒的增粘作用，从而提高承载能力。     

脂肪酸咪唑啉季铵盐在海水中的摩擦学性能研究

用二乙烯三胺分别和油酸和十二羟基硬质酸反应合成2种咪唑啉季铵盐(OMAS,TMAS),用傅里叶变换红外光谱对其结构进行表征;用模拟海水代替水作基础液,用四球摩擦磨损实验机评价2种添加剂的减摩抗磨性能和承载能力,用扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)对磨损表面进行表征。结果表明:当添加剂的质量分数为1.0%时,水基基础液的减摩抗磨效果明显提高;与空白水基基础液相比,含OMAS的水基基础液的最大极压值提高了1倍多,而含TMAS的水基基础液的最大极压值提高了9倍多;TMAS的减摩抗磨及承载能力都优于OMAS,这是因为含羟基侧链咪唑啉季铵盐比含不饱和键侧链的咪唑啉季铵盐的键合或吸附能力强,更易在金属表面成膜。XPS和EDS测试结果表明,摩擦过程中OMAS和TMAS通过摩擦化学反应或吸附在金属表面形成了一层含Fe、N化合物的边界保护膜,提高了水基基础液的减摩抗磨效果。     

超薄水膜剪切流的分子动力学模拟

为揭示超薄膜的摩擦特性与微观结构的关系,运用分子动力学模拟的方法对其进行研究,采用固液比作为流体膜固化的定量描述,分别讨论温度﹑分子层数对固液比和摩擦力的影响。仿真结果表明,摩擦力随固液比的增大而增大;当壁面原子与液体膜原子的质量比增大时,会造成固液比缓慢上升,但摩擦力却随之下降,固液间滑移长度的增大是造成这一现象的主要原因。     

纳米金刚石润滑添加剂在含水工况下的摩擦学性能对比

在润滑剂的实际工程应用中,水是很常见的杂质,使用含水工况下纳米金刚石颗粒添加剂与几种润滑添加剂,进行了摩擦学性能的试验研究。通过含水工况下润滑油的减摩性能、抗磨性能和承载能力来考察纳米金刚石润滑剂的摩擦学特性。结果表明,在含水条件下,纳米金刚石添加剂能在一定程度上改善基础润滑油的综合摩擦学性能。     

不同工况条件下纳米添加剂抗磨减摩性能分析

通过在PLINT试验机进行试验,研究在不同法向载荷、频率、浓度条件下纳米氧化铝添加剂的抗磨减摩性能。结果显示在试验范围内,频率的增加会导致摩擦因数减小,磨斑体积也随之减小,磨损减弱;法向载荷的增加会导致摩擦因数增大,但随着自修复反应的发生,磨斑体积随之变小,磨损减弱。     

基础油中金刚石纳米颗粒润滑性能和导热性能的分子动力学分析*

为了研究纳米颗粒对基础油液热导率的影响,在基础油蓖麻油酸中加入不同体积分数和粒径的纳米金刚石颗粒,采用LAMMPS和分子动力学的研究方法,对粒子数密度以及粒子的径向分布规律、导热系数进行研究。结果表明:加入纳米颗粒的纳米流体的热物理性质受到多方面的影响,其中包括纳米颗粒体积分数及粒径等;随纳米粒子体积分数的提高纳米流体的热导率呈近似线性增加,随着纳米粒子粒径的减小,纳米粒子润滑膜的承载能力增强。纳米润滑膜能承受很高的外界冲击力,这有助于减小两作用面之间的摩擦,减小表面磨损;加入纳米颗粒的润滑油会减小摩擦副之间的摩擦和增强散热,提高热导率。     

TiO2—蒸馏水纳米流体在内螺纹铜管内表面传热试验研究

为研究TiO2—蒸馏水纳米流体在内螺纹管内的表面传热特性,自行设计并建立一套纳米流体表面传热试验系统和数据采集系统,试验系统核心部分分别采用铜光管和内螺纹铜管,将基液和TiO2—蒸馏水纳米流体分别应用于铜光管和内螺纹铜管内Re为3 000～8 000范围内进行表面传热试验研究,结果表明,在内螺纹铜管内,TiO2—蒸馏水纳米流体表面传热系数都是随着流速的增加而不断提高,随着纳米颗粒质量分数的不断增加,TiO2—蒸馏水纳米流体表面传热效果越来越差,而且弱于基液的表面传热效果,纳米颗粒质量分数不变的情况下,纳米流体表面传热效果随着流体平均温度的提高而加强。通过对纳米流体在不同圆管内试验结果进行对比,发现TiO2—蒸馏水纳米流体在内螺纹管内表面传热效果相对于光管内表面传热效果的强化程度低于基液的强化程度,TiO2—蒸馏水纳米流体不适用于内螺纹强化换热管。     

纳米铜对蓖麻油酸流体热导率提升机制的分子动力学模拟*

为了研究铜纳米粒子对蓖麻油酸基础流体热导率提升的作用机制,基于分子动力学模拟(MD)方法,以铜纳米粒子直径、添加量、形状、布朗运动及系统温度为变量,对纳米流体热导率的影响机制进行研究。结果表明:纳米粒子的布朗运动会提高纳米流体的热导率;纳米铜(Cu)的加入改变了蓖麻油酸基流体的部分区域密度,产生的液体吸附层对基础流体导热性有阻碍作用;纳米流体的热导率随纳米粒子直径、添加量、系统温度的增加而增加;当纳米粒子体积相同时,表面积大的形状会提高热导率。     

Effect of Particle Concentration on Tribological Properties of ZnO Nanofluids

In this research, oleic acid surface-modified ZnO nanoparticles were successfully dispersed into 60SN base oil. The distribution of ZnO nanoparticles in the lubricant was tested by transmission electron microscopy. The friction and wear properties of nanofluids were evaluated with a four-ball tester, and the morphologies of wear scars were measured by a scanning electron microscope (SEM) and a surface profiler. Results show that oleic acid can improve the stability of ZnO nanoparticles in the lubricant; oil-based nanofluids with ZnO nanoparticles could remarkably reduce friction and wear. When the amount of oleic acid added was 8 wt% and ZnO nanoparticles was 0.5 wt%, the coefficient of friction and average diameter of the wear scars were minimum and the fluid exhibited better friction-reducing and antiwear properties.     

微极流体对错位轴承的润滑性能研究

错位轴承比普通径向轴承表现出了更好的性能,因此对错位轴承的静态性能和动态性能的研究具有重要意义。推导了微极性润滑时错位圆和错位椭圆轴承的动静特性方程,采用有限差分法计算微极错位圆和错位椭圆的静特性,同时采用偏导数法计算其动特性,研究耦合数和特征长度对轴承性能的影响。结果表明：随耦合数增大,错位圆和错位椭圆轴承承载力和摩擦力增大、摩擦因数减小、刚度系数和阻尼系数绝对值增大,轴承稳定性提高;随特征长度增大,错位圆和错位椭圆轴承承载能力和摩擦力减小、摩擦因数先减小再增大、刚度系数和阻尼系数绝对值减小,轴承稳定性降低;相比于牛顿流体,微极流体的承载力更大,摩擦因数更小;微极流体会加大轴承的阻尼系数和刚度系数的绝对值,并且会提高轴承的稳定性;与错位圆轴承相比,错位椭圆轴承承载力大、摩擦力大但是摩擦因数小、稳定性更好。     

Numerical analysis of journal bearings lubricated with micropolar fluids including thermal and cavitating effects

A numerical study of the non-Newtonian behavior for a finite journal bearing lubricated with micropolar fluids is undertaken considering both thermal and cavitating effects. The modified Reynolds equation and energy equation are derived based on Eringen's micropolar fluid theory. The solution to the modified Reynolds equation is determined using the Elord's cavitation algorithm. The effects of the size of material characteristic length and the coupling number on the thermohydrodynamic performance of a journal bearing are investigated. It is shown, compared with Newtonian fluids, that micropolar fluids exhibit the increase in load capacity and temperature, but the decrease in coefficient of friction and side leakage flow. It is also indicated that, in the full film region, micropolar fluids increase the values of non-dimensional density, while in the cavitated region, both micropolar fluids and Newtonian fluids yield the same values of the fractional film content.     

Water-based hydraulic fluids containing synthetic components

This paper explains the nature offire-resistant, water-based hydraulic fluids, and their applications, and gives comparisons with mineral oil-based hydraulic fluids. The content of the different types of fluid is described, and the technical requirements for water-based hydraulic fluids discussed. The chemistry of the synthetic thickeners of water, their thickening effect and shear stability, as well as their technical properties, are explained and compared. The construction and the mode of action of thickeners for hydraulic fire-resistant fluids (HFAS) or viscous high-water-based fluids (VHWBF) are detailed, and the physical chemistry of these hydrophilic-hydrophobic thickeners, which form microemulsions in water, is considered in interaction with emulsifying agents. In this case laser-light scattering correlation spectroscopy is shown to be helpful.     

高水基液压阀陶瓷摩擦副摩擦学性能研究

为选择适合的高水基乳化液液压阀摩擦副材料,探讨ZrO2与不同结构陶瓷组成的摩擦副在高水基乳化液润滑状态下的摩擦磨损特性。采用摩擦磨损试验机,在不同载荷和滑动速度下,研究在高水基乳化液介质中4种不同陶瓷材料（ZrO2、Al2O3、Si3N4和SiC）分别与ZrO2配副的摩擦学性能,并探讨不同组合陶瓷摩擦副的磨损机制。结果表明：在高水基乳化液中,各陶瓷的摩擦因数均随着滑动速度的增大而降低,其中Al2O3陶瓷的摩擦因数最小;ZrO2、Al2O3和Si3N4陶瓷的摩擦因数受载荷的影响较小,SiC陶瓷的摩擦因数则随着载荷的增大而骤增;各陶瓷的磨损体积都随着速度和载荷的增大而增大,其中Al2O3/ZrO2陶瓷摩擦副的磨损体积最小,其磨损机制以磨粒磨损和微疲劳磨损为主。研究表明,在不同工况下,Al2O3与ZrO2陶瓷配副的摩擦因数和磨损体积均为最低值,更适合作为高水基乳化液液压阀的摩擦副材料。