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。     

磨屑对润滑油摩擦性能的影响

通过实验和模拟研究磨粒对润滑油摩擦性能的影响。首先通过微纳米压/划痕试验测量含磨屑润滑油的摩擦因数。同时,建立边界润滑体系模型,采用分子动力学方法模拟含磨屑润滑油膜在不同载荷下沿膜厚方向的压缩率和密度分布;对体系的上下固体壁面施加方向相反的剪切速度,计算出壁面原子的应力、摩擦力、正压力和摩擦因数;分析不同粒径磨屑的动态行为特征;通过减少润滑油分子数量,探究乏油工况下含磨屑润滑体系的摩擦性能。结果表明,润滑体系摩擦因数的模拟值与试验值一致;磨屑的存在会降低油膜的压缩率,同时在高载下磨屑的存在会对油膜的分层产生破坏,影响磨屑附近的密度分布;含小粒径磨屑的润滑体系的摩擦因数比含大粒径磨屑的润滑体系的小,表明磨粒聚集长大现象会恶化润滑油的润滑性能;磨屑在剪切过程中同时存在滚动和滑动,含小粒径磨屑的润滑体系剪切过程中表现出波动幅度更大的角速度;随着载荷的增大,磨屑角速度减小,波动幅度降低;在乏油工况下,磨屑会在剪切过程中出现变形破碎现象。     

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。     

考虑边界膜强度的滑动摩擦副混合润滑模型研究

针对边界膜对摩擦副润滑状态的影响，提出一种能够综合反映压力及剪切速率对边界膜失效综合影响的边界膜强度模型，并基于润滑状态测试结果通过拟合获得模型参数；将该边界膜强度模型与流体动压润滑模型、粗糙表面接触模型耦合，建立考虑边界膜强度的混合润滑模型，并通过轴瓦摩擦实验机润滑测试结果对模拟结果进行验证。和现有典型混合润滑模型相比较，该混合润滑模型可以更准确地反映摩擦副的实际润滑状态以及摩擦因数变化规律。运用考虑边界膜强度的混合润滑模型分析轴瓦零件润滑状态转化特性和机制。结果表明：在存在边界润滑的混合润滑条件下，当加载力小于临界载荷，边界膜几乎未发生破裂，摩擦因数随载荷增加缓慢变大，其数值均较小；当加载力加至临界载荷，边界膜破裂，摩擦副微凸体接触区域出现干摩擦，摩擦因数出现突然增加，表明该摩擦副由边界润滑为主的混合润滑状态过渡到以干摩擦为主的润滑状态。     

正十六烷基础油中减摩剂和分散剂相互作用的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟加入减摩剂单油酸甘油酯(GMO)和分散剂聚异丁烯琥珀酰亚胺-多胺(PIBSA-PAM)的正十六烷基础油在不同压力条件下剪切时的摩擦学特性.构建光滑铁壁面的纳米间隙润滑剂模型,对GMO分子、PIBSA-PAM分子和壁面之间的吸附和团聚行为进行阐释,得出润滑油膜中每种分子的密度分布及剪切过程中的速度分布,...     

油润滑条件下有机物修饰纳米铜颗粒改善铁基摩擦副摩擦磨损的研究

在球盘式摩擦磨损试验机上考察了有机物修饰的纳米铜颗粒作为50CC润滑油添加剂的摩擦学性能;采用SEM和EDS分析了磨损表面形貌和表面膜元素组成。探讨了纳米铜颗粒的摩擦学作用机制：结果表明：有机物修饰的纳米铜颗粒作为添加剂能显著改善50CC润滑油的抗磨减摩性能,含0．05％纳米铜油样润滑下的摩擦因数与磨损量同基础油润滑下相比分别降低了27．6％与60％。分析后认为,纳米铜颗粒通过对摩擦表面进行修复及在摩擦表面成膜两种作用有效地改善了摩擦磨损性能。     

基于弹流润滑模型的润滑油黏度确定方法

以弹性流体动力润滑理论为基础,通过建立润滑分析模型计算润滑油黏度,提出一套科学合理又便于实际应用的润滑油黏度选油的确定方法。首先基于不同温度下的高/低剪切率流变实验,提出综合考虑温度、剪切速率影响的润滑油黏度计算公式;然后建立粗糙表面热弹流润滑分析模型,并通过光弹流膜厚测量实验和摩擦因数实验验证模型的合理性;最后以膜厚比为判据,以润滑分析计算为基础,确定了摩擦副形成有效润滑油膜所需的润滑油黏度。该方法以润滑理论计算为依据,综合考虑温度、压力、剪切速率的影响,对典型零部件的润滑设计中的润滑油选取具有指导意义。     

纳米固体润滑颗粒对微织构表面摩擦学性能的影响研究

基于RTEC-MFT-5000型多功能磨损试验机,研究了纳米固体润滑颗粒作为润滑油添加剂对微凹坑织构表面摩擦学性能的影响。在研究中,应用NanoFocus共聚焦显微镜观测试样表面微织构形貌,获取磨痕处二维截面轮廓图。借助扫描电子显微镜和能谱仪,对磨损区域微凹坑形貌及磨痕部位微凹坑内外的元素成分进行分析。研究结果表明,添加纳米固体润滑颗粒的润滑油,在不同工况条件下均具有较优的减摩特性,固体润滑颗粒作为添加剂有助于在磨损区域形成一层固体润滑膜,减小摩擦副之间的摩擦因数,提高耐磨性能。含有纳米二硫化钼固体颗粒添加剂的润滑油,其减摩抗磨效果优于含有纳米石墨固体颗粒添加剂的润滑油。表面微织构技术与纳米固体润滑颗粒添加剂相结合,可以表现出更为优异的协同润滑效果。     

纳米铜润滑油添加剂在工程摩擦学中的研究进展

纳米铜具有低剪切强度和晶界滑移效应，与减摩剂、抗磨剂、抗氧剂等润滑油添加剂共同发挥协同减摩抗磨和自修复效用，具有较强的工程应用潜力。综述近年来纳米铜作为润滑油添加剂的工程摩擦学研究进展，讨论纳米铜在润滑体系中的润滑机制，总结分散稳定性、粒径及含量等因素对纳米铜颗粒摩擦学性能的影响规律，阐述增强纳米铜颗粒分散稳定性的方法。指出目前对纳米铜添加剂的摩擦学研究和润滑机制的认知仍缺乏系统性和统一性，且由于纳米铜表面较高的自由能，导致润滑油体系稳定性和润滑有效性不确定等问题，制约了纳米铜作为润滑油添加剂的工业应用和推广。最后展望纳米铜添加剂的发展方向。     

颗粒润滑界面的流态和润滑特性

研究了在剪切平行板间（上平行板固定,下平行板定速滑动）颗粒流润滑的流态和摩擦因数变化问题。应用三体摩擦体系物理模型和二元碰撞假设理论建立了动量控制方程、滑移边值条件以及伪能量守恒控制方程、伪温度边值条件。根据建立的方程,应用数值方法详细分析了三体参数对剪切平行板间颗粒流润滑的伪温度、固体体积分数以及摩擦因数的影响。研究结果表明：颗粒在剪切平行板间的波动速度是伪温度、固体体积分数和摩擦因数曲线发生变化的直接因素。三体参数的改变会直接影响颗粒波动速度,从而使伪温度、固体体积分数和摩擦因数曲线发生改变。     

表面粗糙度对橡塑O形圈往复密封性能的影响

建立三维确定性混合润滑数值仿真模型,该模型采用统一Reynolds方程系统法,耦合了固体力学分析、流体力学分析和接触力学分析;生成非高斯粗糙表面,基于混合润滑模型研究表面粗糙度、自相关长度比值和纹理方向对橡塑O形圈往复密封摩擦力、泄漏率、平均膜厚和接触面积比等密封性能的影响规律。研究表明：低速时随着表面粗糙度的增大,润滑区接触面积比增大,引起摩擦因数增大,平均膜厚先增大后减小,临界接触面积比约为40%;在混合润滑状态时,对于横向纹理粗糙表面,存在合适的自相关长度比值使得密封的摩擦因数和接触面积比最低;当纹理方向θ=π/10时,摩擦因数最小。     

凹凸棒土改性聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损性能

采用原位聚合法制备凹凸棒土/聚酰亚胺纳米复合材料,考察纳米复合材料的力学性能及在干摩擦、水润滑和油润滑3种情况下的摩擦磨损性能,并利用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌。结果表明:凹凸棒土质量分数为3%时,复合材料的拉伸强度最好,随着纳米颗粒含量的增加,复合材料的拉伸强度、断裂伸长率明显下降,而弹性模量一直呈现上升趋势;在干摩擦条件下,低含量的纳米颗粒有助于转移膜的形成,可以有效改善材料的摩擦性能;在水润滑下,由于水的溶胀和冷却作用,摩擦因数较干摩擦降低了一个数量级;在油润滑下,润滑油的流动性有助于纳米颗粒分布到整个摩擦表面,材料的摩擦因数及磨损率有明显降低,相比于干摩擦和水润滑的磨粒磨损,此时磨损机制以疲劳磨损为主。     

双粗糙面滑动过程摩擦因数的变化分析

采用W-M函数建立具有分形特征的三维双粗糙面接触模型,考虑了接触界面间的黏着效应,在滑动速度、法向载荷及界面剪切强度等参数变化下,运用有限元方法探讨了粗糙体在滑动过程中摩擦因数的变化情况。结果显示,滑动速度、法向载荷及界面剪切强度等参数对摩擦因数的变化有一定的影响,边界润滑工况下平均摩擦因数为0.28,无润滑工况下平均摩擦因数为0.713,最大界面剪切强度时的平均摩擦因数为0.73;随着界面剪切强度的减小、法向载荷的增大、滑动速度的增加,滑动摩擦因数有所减小。与相关文献结论或实验结果进行比较,证明了上述结果的正确性。分析结果可为摩擦学设计和摩擦材料的制备提供理论参考。     

考虑固体颗粒和粗糙度的水润滑飞龙轴承热弹流润滑性能分析

建立考虑固体颗粒的滑动轴承的无限长线接触几何模型,推导出含固体颗粒的Reynolds方程,考虑温度、固体颗粒以及表面粗糙度对轴承润滑的影响,通过数值方法分析不同颗粒位置、不同颗粒尺寸以及轴承表面粗糙度对压力和膜厚的影响,并与不含固体颗粒的热弹流解进行对比。结果表明:考虑热效应时,在固体颗粒处压力骤增;膜厚整体减小。随着固体颗粒位置向出口方向移动,在固体颗粒处压力波动幅度增大,膜厚整体减小;颗粒尺寸越大,膜厚越小;通过固体颗粒接触区后的压力随着相对间隙的减小而增大;同时考虑固体颗粒和粗糙度时,在固体颗粒处压力波动幅度增大,最小膜厚减小。     

Al2O3、六方BN纳米润滑油的摩擦学性能试验研究

用添加Al2O3以及六方BN纳米颗粒的润滑油对机车发动机易磨损零部件材质制成的摩擦副试样进行摩擦磨损实验,结果表明添加了纳米颗粒的润滑油改善了摩擦副的润滑效果,提高了油膜承载力,降低了摩擦因数。六方BN润滑效果随添加量的增加而增强,中等载荷时质量分数为0.5%的纳米颗粒对3种摩擦副作用相近。Al2O3对硬-软金属配合的摩擦副作用效果强于对硬-硬金属配合的摩擦副,添加量不宜过高。     

修饰剂对ZnS纳米粒子摩擦学性能的影响研究

合成了粒径约为3nm的二-十六烷基二硫代磷酸（DDP）修饰ZnS纳米粒子和油酸（OA）修饰ZnS纳米粒子,并分别用四球摩擦磨损试验机考察了它们作为润滑油添加剂的摩擦学行为。结果表明,二者都能起到良好的抗磨效果,油酸修饰ZnS纳米粒子作为润滑油添加剂能够明显降低摩擦因数,而DDP修饰ZnS纳米粒子反而使摩擦因数略有升高。     

修饰ZnS纳米粒子的减摩抗磨性能研究

利用SRV摩擦磨损试验机考察了粒径约为4nm的二烷基二硫代磷酸（DDP）修饰ZnS纳米粒子作为润滑油添加剂的磨擦学性能，并采用XPS对其摩擦表面进行了研究。结果表明：添加修饰ZnS纳米粒子在摩擦过程中会发生摩擦化学反应，形成一层边界润滑膜，该膜可有效提高十四烷的减摩抗磨和承载能力。     

微织构光固化填充h-BN的巴氏合金表面摩擦学性能

为了提高巴氏合金在油润滑条件下的摩擦学性能,在巴氏合金表面加工凹坑微织构并利用光固化填充方法填充六方氮化硼(h-BN)固体润滑剂,制备出h-BN与表面微织构相结合的复合润滑结构。研究复合润滑结构在油润滑条件下的摩擦学性能及其减摩润滑机制。结果表明：复合润滑结构的摩擦学性能远高于未织构面和纯织构面;当凹坑微织构直径较小时,织构密度为10%～20%时,复合润滑结构摩擦因数较小,而凹坑直径较大时,随着织构密度的增加,复合润滑结构摩擦因数逐渐减小;当织构密度小于20%时,凹坑直径较小的复合润滑结构摩擦因数小,当织构密度达到30%时,随着凹坑直径的增加,复合润滑结构摩擦因数减小。复合润滑结构能够改善巴氏合金表面摩擦学性能,是因为h-BN固体润滑剂的释放在巴氏合金表面形成了固体润滑薄膜,避免了润滑油膜较薄处的巴氏合金表面直接与45钢表面接触,且释放h-BN固体润滑剂后的微织构凹坑可以起到收集磨粒,储存润滑油的作用。     

蛇类表皮的生物摩擦学性能研究

使用自行设计的一种往复运动的微摩擦测试装置,考察不同介质环境下,蛇类表皮及其表皮的摩擦特性。研究结果表明:在干摩擦下,蛇向后运动时的摩擦因数是前向运动的摩擦因数的1.2~4.1倍;在液体环境下向前运动时的摩擦因数是向后运动的摩擦因数的1.2~2.55倍,表现出摩擦各向异性。液体环境下,蛇类自身的分泌物在蛇运动时形成了以边界膜和流体膜为主的混合润滑,且边界膜破裂的概率不大。当蛇表皮面由于弹性变形或其它原因使表面速度随位置而变化时因各断面的流量不同而产生压力流动,从而在液体环境下,向后运动的摩擦力逐渐减小,甚至小于向前运动的摩擦力。     

蒙脱石和坡缕石纳米润滑油添加剂的摩擦学性能

将KH550偶联剂修饰的纳米蒙脱石和纳米坡缕石,分别按质量比3%添加到150N基础油中制备2种纳米润滑油分散体系,用激光粒度分析仪、TEM、IR表征纳米添加剂的分散稳定性,在MMU-10G摩擦磨损试验机上测试2种纳米润滑油对45#钢的减摩抗磨性能,用SEM和EDX等分析摩擦试样表面成分与形貌的变化及影响摩擦学性能的机制。结果表明:纳米蒙脱石平均粒径较小,在150N基础油中分散更稳定;2种纳米润滑油相比纯基础油润滑时的平均摩擦因数和磨损量均明显下降,其中纳米蒙脱石润滑油的抗磨减摩性能最好;2种纳米润滑油润滑时摩擦试样表面分别生成了含蒙脱石和坡缕石特征元素的自修复膜层,其中蒙脱石特征元素含量相对较高,说明纳米蒙脱石摩擦学性能更好。