【摘要】：水基潤滑液由于其良好的應用前景被廣泛應用于制造業(yè)、生物潤滑及微型機械等領域。與傳統(tǒng)油潤滑不同,水基潤滑特性及機理均有待進一步研究和完善。以水包油(O/W)型乳化液為例,雖然已廣泛應用于金屬加工領域,但對其成膜機理的研究至今尚無定論,有待進一步深入研究。 本文的主要工作之一是研制了適用于水基潤滑研究的測試系統(tǒng),并對測量方法(相對光強法)進行了分析、驗證和改進。納米級水基潤滑膜厚摩擦綜合測試系統(tǒng)實現(xiàn)了不同滑滾比下納米級潤滑膜的實時觀測及膜厚的自動精確定位測量、加載及轉(zhuǎn)動的自動控制和調(diào)節(jié)、操作系統(tǒng)的人性化和自動化等功能,該系統(tǒng)具有較高的分辨率和測量精度,為水基潤滑特性及機理的研究奠定了基礎。 對含有微量油水的成膜特性的研究結(jié)果表明,即便水中含有極微量的油時(1×10~(-3)vol%),其成膜能力仍遠高于傳統(tǒng)彈流潤滑理論所預測的純水成膜能力。本文通過對油水分子在固體界面上競爭行為的分析,利用競爭潤濕的理論,對上述現(xiàn)象的機理進行了分析,并對不同固體表面及供液方式對微量油潤滑的影響進行研究。設計了微量油潤滑的作用方式,為微量油潤滑的可行性提供了實驗依據(jù)。 在對O/W型乳化液成膜特性的研究中,針對具有不同參數(shù)的乳化液進行試驗,結(jié)果表明,乳化液成膜特性與供液方式、運動速度、乳化劑濃度及油濃度密切相關。在對其成膜機理的研究中,以超低濃度乳化液為研究對象,發(fā)現(xiàn)乳化液的臨界速度隨乳化液濃度變化發(fā)生變化,結(jié)合對接觸區(qū)附近乳化液液滴行為的觀測,提出二次乳化機理,并建立理論模型進行驗證。提出乳化液膜厚的下降并非單純由傳統(tǒng)理論提出的乏油作用引起,乳化液本體對固體表面油層的二次乳化效應在其成膜中起到了很大作用。對液滴在接觸區(qū)附近行為的觀測為乳化液成膜機理的研究提供了實驗基礎。通過大量實驗和理論研究深入地分析了乳化液的成膜機理。此外,0.0005%濃度乳化液在一定條件下形成高達100nm潤滑膜的結(jié)果也為微量油潤滑的可行性提供了有力的依據(jù)。
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TH117.22
【圖文】：

物、材料、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等重要領域應用的研究，更廣的層面發(fā)展。資源 70%以上，與日益匱乏的油資源相比，雖然人類生活所需的危機，但其再循環(huán)特質(zhì)保證了水物及合成油的使用給環(huán)境帶來了巨大的威脅，據(jù)染高達 3.5 平方公里的水域[1]。石油枯竭、能源危成為人們亟待解決的重大問題，該現(xiàn)狀給水資源要求。在工業(yè)應用領域，如機械加工、金屬切削]，水充分體現(xiàn)了其優(yōu)越性，它經(jīng)濟、對環(huán)境友好、好、安全性高、不易燃，是自然界中最好的溶劑前景，多年來，人們嘗試在燃料及潤滑等領域?qū)?09 年，Craig Grimes 等人在賓西法尼亞大學的草地反應》中“水變油”的夢想變成了現(xiàn)實，他們利用二氧化碳，在光作用下得到甲烷[4]。

圖 1.2 表面力儀示意圖[33](a)表面力儀結(jié)構(gòu)簡圖；(b)云母片作用示意圖2） 原子力/摩擦力顯微鏡原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope，AFM)于 1986 年由 Gerd Binnig、IBM 公司蘇黎世研究中心的 Christoph Gerber 與斯坦福大學的 Calvin Quate 共同發(fā)明，具有原子級的分辨率，利用對微懸臂探針與樣品原子之間作用力的探測，實現(xiàn)對表面原子尺度三維形貌的觀測，達到研究目的，圖 1.3 為原子力顯微鏡的工作原理示意圖。原子力顯微鏡通過檢測原子之間的接觸、原子鍵合、范德瓦耳斯力等來呈現(xiàn)樣品的表面特性，對導體和非導體均適用。在摩擦學領域，利用原子力顯微鏡可獲得樣品表面形貌和摩擦力圖像，從而實現(xiàn)對納米級摩擦磨損特性的研究[34, 35]。

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本文編號：2721174