有机酯基润滑液中的电控摩擦实验与机理研究

发布时间：2019-11-27 20:24

【摘要】：在各种摩擦界面中普遍存在着边界润滑,提高边界润滑的润滑效果对于延长摩擦部件的磨损寿命、减小摩擦损耗意义重大。作为改善边界润滑的一项潜力巨大的技术,电控摩擦在研究中逐渐被人们所认识。目前,水基润滑液中的电控摩擦研究取得了很大进展,但是,由于矿物油的电导率极小,对润滑油的电控摩擦效应的研究相对薄弱,在润滑材料选型、机理解释等方面均有待改进。因此,本文主要围绕有机酯基润滑液中的电控摩擦进行了系统全面的实验与机理研究。首先,本文在以往电控摩擦研究的基础上,提出了适合于电控摩擦研究的润滑材料选型准则,并且根据该准则优选了三类可能具有电控摩擦效应的有机酯基润滑液。此外,还设计并实现了用于电控摩擦实验的“辐射式”电极布置方式,并运用双套恒电位仪的测量方法,验证了该电极布置方式所对应的电位控制方案的合理性。随后,通过电控摩擦实验,在含离子表面活性剂的有机酯中发现了电控摩擦现象,从而验证了所提出的润滑材料选型准则。并且,对该溶液中钢摩擦副的摩擦、磨损特性随电位的变化规律进行了考察,发现钢表面在+0.3 V的表面电位下获得了很好的润滑效果。同时,结合多种表征手段对不同电位下添加剂离子的吸附行为进行了检测,观察到了在摩擦表面存在着添加剂离子和基础酯分子的竞争吸附。电场作用下的摩擦实验和吸附研究结果表明,有机酯基润滑液中的电控摩擦现象由金属-润滑液界面处的静电力作用引起。进而,研究了不同电位下离子液体对有机酯润滑特性的影响,获得了钢表面摩擦、磨损特性以及添加剂离子吸附行为分别与表面电位之间的关系,并发现在?0.6 V的表面电位下离子液体对钢表面的润滑作用得到了很大改善。对于离子液体的有机酯溶液,其电控摩擦效应产生的原因为表面电位对正、负离子吸附行为的调控,与离子表面活性剂的有机酯溶液中的情形一致,从而进一步确证了所提出的有机酯基润滑液中的电控摩擦机理。最后,分别考察了氮化处理、织构处理对电控摩擦的影响,其实验结果提供了一种将氮化处理或织构处理与电控摩擦相结合的提高金属表面摩擦学特性的潜在技术。此外,基于表面电位对离子吸附自由能的影响,建立了静电吸附模型,较好地解释了有机酯基润滑液中的电控摩擦现象,从而证明了该模型有效。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH117

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