含浸凝胶自润滑轴承材料的制备及性能研究

利用新型凝胶润滑剂替代传统的润滑油或脂灌入铁基和聚酰亚胺多孔轴承材料中获得一种新型自润滑轴承材料,并研究制备工艺、储油性能和润滑性能. 在摩擦热的作用下,凝胶润滑剂由半固态转变为液体,从轴承材料的孔隙中渗出,实现自润滑. 而且,凝胶在液态下大大提高基础油的黏度,减少高速运转时轴承的甩油问题;摩擦结束后,凝胶润滑剂又能再次冷凝并储存在含油轴承材料的微孔中,从而减少油的泄露或挥发,提高其储油能力. 因此,这种新型含浸凝胶的自润滑复合材料有望用于含油保持架/轴承.      

两类润滑剂物性参数和摩擦系数的高通量分子动力学计算

提出了离子液体和酯类化合物两类润滑剂物性参数和摩擦系数的高通量分子动力学计算框架,建立了通过分子几何拓扑结构-力场参数分配-分子模型构建-参数计算的全流程高通量方法,利用充足的计算资源,可以实现万级规模的高通量并发计算. 创新性地提出了两层高通量并发-并行算法:第一层将润滑剂库分块,每一块并发计算;第二层单个润滑剂采用多CPU并行计算,大大提高了计算效率. 以离子液体为例测试了高通量算法和代码,最大进行了100级高通量计算,结果表明,该高通量算法具有很好的稳定性和计算效率,得到的物性参数和摩擦系数与实验值相吻合.      

一种油溶性季铵盐离子液体作为PAO基础油添加剂的摩擦学研究

合成了新型季铵盐磷酸酯油溶性离子液体(N₈₈₈₁₆P₄),采用热重分析仪(TGA)分析其热稳定性. 采用SRV-V微动摩擦磨损试验机和Bruker-NPFLEX表面非接触光学三维轮廓仪考察该离子液体作为聚α-烯烃(PAO 10)基础油减摩抗磨添加剂及其与商业添加剂二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)复配后的摩擦学性能. 结果表明:N₈₈₈₁₆P₄具有优异的油溶性能,与ZDDP具有良好的配伍性. 在室温和高温(100 ℃)条件下,N₈₈₈₁₆P₄均可显著改善PAO 10的减摩抗磨性能. 相较于与ZDDP复配,N₈₈₈₁₆P₄ 单独作为PAO 10添加剂表现出更优异的减摩抗磨性能. 铜片腐蚀试验结果表明,N₈₈₈₁₆P₄几乎没有腐蚀性,且与ZDDP复配后能够明显抑制ZDDP的腐蚀. 利用扫描电子显微镜(SEM)对磨斑表面形貌进行进一步分析,同时结合能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)对磨斑表面主要化学元素进行分析,证明N₈₈₈₁₆P₄能够与金属基底发生复杂的摩擦化学反应,由于其在摩擦副表面形成了含N和P元素的化学反应膜,从而起到优异的减摩抗磨作用.      

基于极限学习机和优化算法的润滑油添加剂种类识别与含量预测

为了快速识别润滑油中添加剂种类和含量，将添加剂硫化异丁烯(T321)、烷基二苯胺(T534)、硫代磷酸胺盐(T307)以不同配比混合在基础油中，使用极限学习机(ELM)对油样的红外光谱数据构建模型进行训练测试，并采用贪心算法、遗传算法(GA)对输入波段优化，筛选出最优波段区间组合以剔除相关性过高的波段从而提高运算效率. 测试结果表明:ELM模型可对润滑油添加剂进行有效的种类识别和含量预测，相比于传统理化检测方法是一种经济快速的新型润滑油添加剂检测手段；且经GA波段筛选优化后模型输出结果更具优势，对三种添加剂的种类识别准确率均达到100%、含量预测决定系数(R2)分别提升了43.8%、39.0%和24.4%.      

混合/流体润滑状态下原位离子液体添加剂的摩擦学性能研究

本工作重点研究了混合/流体润滑状态下原位离子液体添加剂的摩擦学性能,选用聚乙二醇(PEG-400)作基础油,将双(三氟甲基磺酰)亚胺锂盐(Li TFSI)溶解在PEG中原位合成离子液体.利用微型牵引力试验机测量在室温、60和80℃以及不同滑滚比下摩擦系数随卷吸速度的变化,研究离子液体添加剂的有效性以及离子液体添加剂对PEG流变行为的影响.本研究中将为深入研究离子液体的润滑机理提供一种新的研究手段,对于指导设计新型离子液体润滑材料具有较为重要的意义.     

两亲性氧化石墨烯/聚(丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯)复合水凝胶的制备及介质调控的摩擦学性能研究

为解决水凝胶在溶剂中机械强度差的问题,同时保持其表面低摩擦特性以满足软物质材料的润滑需求,文中通过使用N,N-二甲基甲酰胺/水(DMF/H_2O)混合溶剂,采用一步聚合法制备得到氧化石墨烯增强的两亲性氧化石墨烯/聚(丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯)复合水凝胶材料.利用流变仪测试了复合水凝胶材料的机械性能,结果表明疏水性组分聚甲基丙烯酸甲酯的对复合水凝胶起到了明显的增强作用.系统考察了氧化石墨烯/聚(丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯)复合水凝胶材料分别在不同亲疏水单体比例和不同DMF/H_2O混合比例溶剂中的溶胀和摩擦性能,结果表明两亲性复合水凝胶具有明显的介质响应行为,从而实现在不同溶剂环境下摩擦性能的调控.     

烷烃与疏水固体界面超小水滴的制备与生长规律

在"水-油-固"多相体系中,以液态直链烷烃为油相,利用自发形成法制备了油-固界面超小水滴,探究了油相性质对界面超小水滴生长规律的影响并系统表征了界面超小水滴随着时间的生长变化情况.利用光学显微镜跟踪观察了从正庚烷到正十六烷10种直链烷烃与疏水玻璃构成的油-固界面,发现油相上层的水分子能穿过油层抵达固体基底表面进而形成超小水滴,但并未观察到烷烃碳链长度改变引起的超小水滴的规律性变化.利用具有高分辨率的激光扫描共聚焦显微镜对界面超小水滴的形貌、位置及生长情况进行了系统表征,发现界面超小水滴位于油-固界面,呈现球缺状形貌,水滴尺寸随着时间的延长而增大,相近水滴有融合现象,当水滴与油膜厚度接近时水滴冲破油膜而消失.结合Imaris软件统计界面超小水滴的总体积,探究了界面总水量随时间变化情况,发现界面超小水滴形成过程可分为生长、稳定和退化3个阶段.本文扩展了"水-油-固"多相体系自发形成界面超小水滴的油相选择范围,建立了新模型,为制备界面超小液滴提供了新方法,也为微纳尺度润湿理论研究提供了实验依据.     

对甲苯酚-AOT双组份超分子凝胶的制备及摩擦学性能研究

本文中报道了一类制备方法简单且成本较低的双组份超分子凝胶,其具有良好的减摩抗磨性能. 双组份凝胶的两种凝胶因子选择的是对甲苯酚(p-cresol)和琥珀酸二(2-乙基己基)酯磺酸钠(AOT),它们在基础油中共同作用形成凝胶,将该双组份凝胶因子简称为p-cresol-AOT. 该双组份凝胶因子具有很强的自组装能力,可以凝胶化多种润滑油,包括矿物润滑油、合成润滑油和全配方商品润滑油等. 本文中通过氢谱核磁共振、红外光谱和RS6000旋转流变仪对凝胶的自组装机理和流变学进行研究,结果显示凝胶因子通过分子间非共价键作用发生超分子自组装. 采用微动摩擦磨损试验机(SRV-IV)对超分子凝胶润滑剂进行摩擦学评价,结果显示,p-cresol-AOT在不同的基础润滑油中形成的凝胶均能提高该基础油的耐极压,减摩和抗磨性能. 该凝胶润滑剂之所以具备良好的润滑性能主要归结于凝胶因子起到了润滑添加剂的作用,在摩擦过程中形成有效的边界保护膜从而减少了摩擦副的直接接触,起到了良好的润滑保护作用.      

磺酸醇胺离子液体作为水润滑添加剂的摩擦学机制研究

合成了不含卤素的磺酸醇胺离子液体(S-IL),并将其作为水基润滑添加剂进行研究. 与商用的水基润滑添加剂聚合蓖麻油酸酯(L4)进行对比,共同考察了他们在不同金属摩擦对偶上的摩擦学性能. 通过对磨斑表面的XPS测试探究了S-IL分别在钢/钢、钢/铜、钢/铝、钢/钛和钢/镁摩擦副上的润滑机理. 结果表明:所合成的磺酸醇胺离子液体在水体系中具有良好的溶解性,同时表现出一定的抗腐蚀性能. 相比于商用水基添加剂,S-IL具有优异的减摩作用和极压性能,这主要归因于离子液体分子结构中极性基团(-SOO-)在金属摩擦副表面的物理/化学吸附,以及其分子结构中含有的活性元素S和N与金属摩擦副基底发生摩擦化学反应所形成的摩擦化学反应膜.      

碳酸钙纳米颗粒复合超分子凝胶润滑剂的摩擦学性能研究

采用碳酸钙纳米颗粒与全氟聚醚型超分子凝胶复合得到了一种新型的纳米颗粒复合超分子凝胶润滑剂. 超分子凝胶具有错综复杂的网络结构,有效地提高了碳酸钙纳米颗粒在全氟聚醚润滑油中的分散稳定性. 此外,碳酸钙纳米颗粒作为添加剂极大地提高了超分子凝胶的润滑性能,使其表现出较好的耐高温性能,以及较高的承载力. 采用差式扫描量热仪、热重分析仪和流变分析仪对该复合润滑剂的热力学性能进行表征,结果显示该复合润滑剂具有很好的热稳定性以及较好的力学性能. 最后,通过X射线光电子能谱(XPS)对其摩擦机理进行表征,结果表明碳酸钙纳米颗粒复合超分子凝胶润滑剂优异的摩擦学性能可归因于碳酸钙纳米颗粒在摩擦副表面形成了易剪切的薄膜,以及小尺寸的纳米粒子在摩擦过程中对摩擦表面进行的自修复效应.