高水基乳化液成膜特性及机理研究

发布时间：2020-06-19 18:26

【摘要】：水基润滑液由于其良好的应用前景被广泛应用于制造业、生物润滑及微型机械等领域。与传统油润滑不同,水基润滑特性及机理均有待进一步研究和完善。以水包油(O/W)型乳化液为例,虽然已广泛应用于金属加工领域,但对其成膜机理的研究至今尚无定论,有待进一步深入研究。 本文的主要工作之一是研制了适用于水基润滑研究的测试系统,并对测量方法(相对光强法)进行了分析、验证和改进。纳米级水基润滑膜厚摩擦综合测试系统实现了不同滑滚比下纳米级润滑膜的实时观测及膜厚的自动精确定位测量、加载及转动的自动控制和调节、操作系统的人性化和自动化等功能,该系统具有较高的分辨率和测量精度,为水基润滑特性及机理的研究奠定了基础。 对含有微量油水的成膜特性的研究结果表明,即便水中含有极微量的油时(1×10~(-3)vol%),其成膜能力仍远高于传统弹流润滑理论所预测的纯水成膜能力。本文通过对油水分子在固体界面上竞争行为的分析,利用竞争润湿的理论,对上述现象的机理进行了分析,并对不同固体表面及供液方式对微量油润滑的影响进行研究。设计了微量油润滑的作用方式,为微量油润滑的可行性提供了实验依据。 在对O/W型乳化液成膜特性的研究中,针对具有不同参数的乳化液进行试验,结果表明,乳化液成膜特性与供液方式、运动速度、乳化剂浓度及油浓度密切相关。在对其成膜机理的研究中,以超低浓度乳化液为研究对象,发现乳化液的临界速度随乳化液浓度变化发生变化,结合对接触区附近乳化液液滴行为的观测,提出二次乳化机理,并建立理论模型进行验证。提出乳化液膜厚的下降并非单纯由传统理论提出的乏油作用引起,乳化液本体对固体表面油层的二次乳化效应在其成膜中起到了很大作用。对液滴在接触区附近行为的观测为乳化液成膜机理的研究提供了实验基础。通过大量实验和理论研究深入地分析了乳化液的成膜机理。此外,0.0005%浓度乳化液在一定条件下形成高达100nm润滑膜的结果也为微量油润滑的可行性提供了有力的依据。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH117.22
【图文】：

物、材料、工业、农业等重要领域应用的研究，更广的层面发展。资源 70%以上，与日益匮乏的油资源相比，虽然人类生活所需的危机，但其再循环特质保证了水物及合成油的使用给环境带来了巨大的威胁，据染高达 3.5 平方公里的水域[1]。石油枯竭、能源危成为人们亟待解决的重大问题，该现状给水资源要求。在工业应用领域，如机械加工、金属切削]，水充分体现了其优越性，它经济、对环境友好、好、安全性高、不易燃，是自然界中最好的溶剂前景，多年来，人们尝试在燃料及润滑等领域寻009 年，Craig Grimes 等人在宾西法尼亚大学的草地反应》中“水变油”的梦想变成了现实，他们利用二氧化碳，在光作用下得到甲烷[4]。

图 1.2 表面力仪示意图[33](a)表面力仪结构简图；(b)云母片作用示意图2） 原子力/摩擦力显微镜原子力显微镜(Atomic Force Microscope，AFM)于 1986 年由 Gerd Binnig、IBM 公司苏黎世研究中心的 Christoph Gerber 与斯坦福大学的 Calvin Quate 共同发明，具有原子级的分辨率，利用对微悬臂探针与样品原子之间作用力的探测，实现对表面原子尺度三维形貌的观测，达到研究目的，图 1.3 为原子力显微镜的工作原理示意图。原子力显微镜通过检测原子之间的接触、原子键合、范德瓦耳斯力等来呈现样品的表面特性，对导体和非导体均适用。在摩擦学领域，利用原子力显微镜可获得样品表面形貌和摩擦力图像，从而实现对纳米级摩擦磨损特性的研究[34, 35]。

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本文编号：2721174