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.     

多壁碳纳米管/油酸复合物纳米流体车削GCr15钢的性能研究

针对切削液不易渗入到切削区起润滑作用的问题,提出利用内部填充油酸(OA)的多壁碳纳米管(MWCNTs)复合物为添加剂制备纳米流体,该纳米流体更易渗入到切削区,且复合物可在切削时释放油酸起增强润滑的作用。首先测试了纳米流体的热物理性能,考察了它在微量润滑(MQL)条件下车削GCr15钢的性能,然后研究了切削过程中复合物的冷却润滑特性。结果表明：与普通MWCNTs相比,复合物能更好地提高纳米流体的分散稳定性、传热性和润湿性;与普通乳化液相比,复合物纳米流体车削时的切削力减小约15%,切削温度降低约25%,工件表面粗糙度值减小16%,刀具耐用度提高了22%。     

石墨烯纳米流体微量润滑车削GH4169镍基高温合金时刀具的磨损规律

纳米流体微量润滑是一种新型的微量润滑增效技术,为探究其应用于难加工材料GH4169镍基高温合金时刀具磨损的变化规律,分别在干切削、微量润滑和纳米流体微量润滑三种条件下进行GH4169镍基高温合金车削加工试验,比较其切削力、切削温度以及刀具磨损的差异。通过切削试验发现,纳米流体微量润滑技术能够有效降低切削加工过程中的切削力、切削温度以及刀具的磨损程度,相比于干切削加工,纳米流体微量润滑条件下的切削力、切削温度和刀具的磨损程度分别降低21.9%,24.7%,15.9%。     

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。     

纳米添加剂Al2O3和MoS2在油包水滴射流冷却中的应用研究

淬硬钢高速切削加工易出现切削温度高和刀具磨损快等问题,因此有效冷却和润滑非常重要。提出油包水滴射流(OoW)与纳米粒子相结合的绿色冷却润滑方法,将Al₂O₃和MoS₂分别添加到水和大豆油中得到纳米流体,再混合雾化喷出纳米粒子油包水滴射流(N-OoW)。制备了0.25%和0.75%两种质量分数的纳米流体,形成N_0.25-OoW和N_0.75-OoW两种纳米粒子油包水滴射流方式,并与原OoW方式对比。开展摩擦磨损实验,对比分析摩擦系数及磨痕形貌,再开展两种车削速度下的车削实验,对比分析刀具寿命及刀具磨损。结果表明,N_0.75-OoW方式的摩擦系数、磨痕宽度、磨痕深度和刀具磨损均最小;在切削速度120m/min和200m/min时,相比于OoW,N_0.75-OoW方式的刀具寿命分别提高了29.6%和34.4%;纳米粒子油包水滴射中,单一纳米粒子优异的抗磨减摩性能以及纳米粒子之间的协同效应是降低摩擦磨损及提高刀具寿命的主要原因。     

MoS_2/CNTs混合纳米流体微量润滑磨削加工表面质量试验评价

结合国内外对混合纳米流体微量润滑磨削的研究现状,研究二硫化钼和碳纳米管混合纳米流体微量润滑磨削镍基合金的工件表面质量。以工件表面粗糙度Ra值、表面轮廓曲线的自相关分析和工件表面微观形貌,作为表面质量表征参数。试验结果表明:纳米流体微量润滑由于纳米粒子高的强化换热能力从而避免了工件烧伤;混合纳米流体由于起到了"物理协同作用",较单一纳米流体得到了最低的表面粗糙度Ra值(0.311μm)和磨削温度峰值(52.8℃);随纳米流体质量分数的增加,表面粗糙度Ra值呈现上升趋势,这是由于质量分数的增加改变了微量润滑雾滴与工件的接触角,从而改变了浸润面积;而摩擦因数和磨削温度峰值在6%取得最低值后呈上升趋势,这是由于纳米粒子的团聚破坏了纳米流体性能。通过工件表面轮廓曲线的自相关分析进一步验证,纳米粒子在磨削区起到"润滑作用"和"微加工"作用,从而提高了加工精度。因此,综合磨削性能、表面粗糙度和自相关分析,选择混合纳米流体质量分数6%为纳米流体的优选质量分数。     

纳米流体应用于机械加工领域的研究进展

纳米流体是由基础液和纳米粒子组成的一种两相悬浮液,具有优良的热传导性能和摩擦学性能,在切削加工领域具有良好的应用前景。介绍了纳米流体的制备方法和相关性能,综述了纳米流体在车、铣、磨等切削加工方法中的典型应用案例,讨论了加工过程中纳米颗粒的切削加工机理以及在实际应用中的关键技术问题,展望了纳米流体的应用于切削加工的发展趋势,探讨了解决相关问题的思路。总结发现,与传统切削液相比,纳米流体在切削加工过程中可以显著降低切削区域温度和切削力;另外,由于纳米颗粒在切削区域的滚动、修补和抛光等效应,还能降低刀具磨损和提高工件的表面质量。     

纳米CaCO3、Cu混合物润滑油添加剂的摩擦学性能

采用纳米碳酸钙、纳米铜粒子混合物作为润滑油添加剂,利用四球摩擦磨损试验机考察了含纳米碳酸钙、纳米铜粒子添加剂的润滑油的摩擦学性能;用扫描电子显微镜（SEM）考察了磨痕表面的形貌;用原子力显微镜和扫描电子显微镜（SEM）观察分析了在磨损表面纳米粒子的形态与分布。研究结果表明,纳米碳酸钙、纳米铜的混合粒子的总添加量为0.6％,质量比为1：1时,润滑油具有最佳的摩擦学性能;润滑油中纳米碳酸钙、纳米铜混合物粒子添加剂的优良摩擦学性能与纳米粒子在表面存在形态相关。     

高能球磨法制备纳米金属铜粒子工艺条件研究

将粗颗粒铜粉、助磨剂、N68基础油按一定比例混合,在高能行星球磨机中对其进行湿法超细研磨,最终得到了纳米铜“液”。考察了球磨时间、球磨速度、球料比和助磨剂对纳米铜“液”中纳米铜粒子粒度的影响,确定了采用硬脂酸为助磨剂,球磨速度为600 r/m in,球磨时间为100 h,球料比为50∶1时为最佳的纳米铜粒子制备工艺方案。     

三维石墨烯纳米流体传热性能的实验研究

以SX-LY型号汽车散热器为实验载体,在50%乙二醇水溶液中掺入0.025wt%、0.1wt%质量比的三维多级孔石墨烯纳米粒子配置成混合纳米流体,通过实验研究新型纳米冷却液对汽车散热器冷却性能的影响。结果表明:添加三维石墨烯纳米粒子能极大提高基液的传热性能,且随着纳米粒子质量浓度的升高,流体传热特性加强;入口温度、流速也影响着冷却液传热性能,随着入口温度、流速的升高,换热量与传热系数均增大。     

纳米润滑剂的制备及特性研究

探讨了运用纳米润滑剂实现机械零件自修复的理论和途径，研究了纳米润滑剂的制备方法：利用流化床气磨法制备超细铜粒子原料，送入分级机进行一次分级，将超细铜粒子进行相转移处理，并以不同粘度的润滑油进行二次分级处理，可获取含不同粒径的铜纳米润滑剂，并研究了纳米润滑剂的特殊摩擦学性能以及不同粒径的纳米粒子对摩擦学性能的影响，结果表明：用流化床气磨法制备出超细铜粒子原料并进行相转移处理，可获取含不同粒径的铜纳米润滑剂，纳米粒子大部分为4～50nm的颗粒闭，少量呈绒球状，少量占片状，本法制备的纳米润滑剂其铜粒子粒径满足纳米尺寸要求；4种纳米润滑油的摩擦系数分别比基础油的降低1.28倍、2.18倍，3.46倍和4.61倍，在特定的摩擦学系统条件下，纳米粒子粒径有一较佳的尺寸范围，在该范围内，其润滑效果极明显，有着普通润滑剂所不具备的优异性能，在该范围以外，则效果不甚明显。     

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。     

不同冷却工况下的磨削钛合金温度场模型及验证

为克服普通纳米流体微量润滑在磨削区换热能力不足的技术瓶颈,提出了低温风冷+纳米流体微量润滑的新工艺,并建立了温度场有限差分模型.对低温风冷+纳米流体微量润滑、低温风冷、纳米流体微量润滑三种冷却方式下的磨削温度场进行了数值仿真,结果表明低温风冷+纳米流体微量润滑的换热能力最强,低温风冷次之,纳米流体微量润滑最弱.在三种不...     

铜纳米流体的制备及微流动特性研究

采用混合法配制了铜纳米粒子质量分数分别为1%和2%的铜-水纳米流体,通过添加相同质量分数的十二烷基苯磺酸钠分散剂并施加超声振动,使纳米流体的粒子稳定悬浮时间达30~40h。实验研究了所配制的纳米流体在压力驱动下流经直径分别为25μm和50μm的不同长度微圆管道的流动特性,并与蒸馏水流动特性及理论估算值进行了对比,发现纳米流体流量-压力特性基本呈线性关系,与理论估算值存在一定偏差,这主要是由尺度效应等所致。     

纳米粒子射流微量润滑磨削性能评价

通过在微量润滑油中添加具有一定质量分数的纳米粒子,可改善其换热能力,同时提高加工过程中的润滑效果.通过磨削实验的方法,验证在平面磨削加工中纳米粒子的作用,结果显示添加纳米粒子的微量润滑磨削加工磨削力、摩擦系数和比磨削能较其他的润滑形式都有明显的减小,而G比率显著的提高.这都归功于纳米粒子在砂轮/工件界面生成具有高的减摩抗磨特性的摩擦油膜所致.     

纳米铜复合润滑油添加剂摩擦学性能的研究

将氯化石蜡与环氧大豆油复合应用于润滑油领域,发现环氧大豆油对氯化石蜡具有良好的稳定作用。在氯化石蜡与环氧大豆油构成的有机复合体系基础上,研究氯化石蜡/环氧大豆油与纳米铜粉复合后的摩擦学性能,探讨纳米粒子与有机添加剂的复合效应。结果表明:氯化石蜡与环氧大豆油复合体系与纳米铜粉复配后共同构成的有机/无机润滑体系,可在机械部件表面形成一层牢固的膜,减少了其摩擦磨损。     

石墨烯纳米孔传感器制造与单分子过孔形态检测

石墨烯是已知最薄的二维材料,其厚度仅为0.335 nm。与传统固态纳米孔相比,石墨烯纳米孔传感器具有极高的检测分辨率。通过MEMS工艺与二维材料湿法转移工艺组合制造出石墨烯薄膜芯片。其中,使用Raman和氦离子显微镜成像判别转移后石墨烯质量。随后,采用氦离子束刻蚀技术在单层石墨烯薄膜上制造出直径为20 nm的石墨烯纳米孔。测量出石墨烯纳米孔传感器电流-电压关系,与经典纳米孔电导理论符合。本论文研究表明单层石墨烯纳米孔传感器检测可检测出牛血清蛋白(Bovine serum albumin, BSA)水平,垂直和旋转三种过孔形态,阻塞电流值分别为1200 pA, 150 A, 650 pA。同时也辨识出多分子同时过孔信号,BSA分子排列成三角形状穿过石墨烯纳米孔。     

C60纳米粒子切削液对15Cr14Co12Mo5Ni2WA齿轮钢切削特性的影响研究

高强度钢15Cr14Co12Mo5Ni2WA的切削特性表现为切削力大,造成刀具磨损快与崩刃严重、加工精度保持性差。针对上述问题,提出将富勒烯C60纳米粒子混合切削液作用于金属切削过程中的刀-屑接触区(Ⅱ变形区)和刀-工接触区(Ⅲ变形区),以改善切削性能。为此,基于修正库仑摩擦、赫兹接触等理论方法建立了C60纳米粒子在刀-屑接触中的减摩润滑预测模型,研究预测了切削接触界面间产生的“纳米滚动轴承”效应及减摩特性,通过摩擦磨损试验测定了不同浓度C60纳米切削液下的摩擦特性变化,采用超景深3D显微镜、SEM、拉曼光谱仪等先进测量手段表征分析了试样表面磨痕微观形貌、研究了摩擦磨损机理。切削试验结果表明C60纳米切削液具有很好的减摩效果,有效地降低了切削力、工艺系统振动、刀具磨损,切削性能显著提升。应用在插削加工过程中,表现出切削冲击振动导致的刀具崩刃现象明显减少、因冷焊撕裂造成的前刀面局部剥落现象消失,刀具使用寿命延长。     

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。