【摘要】：水基潤(rùn)滑液由于其良好的應(yīng)用前景被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、生物潤(rùn)滑及微型機(jī)械等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)油潤(rùn)滑不同,水基潤(rùn)滑特性及機(jī)理均有待進(jìn)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(yīng)用于金屬加工領(lǐng)域,但對(duì)其成膜機(jī)理的研究至今尚無(wú)定論,有待進(jìn)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(rùn)滑研究的測(cè)試系統(tǒng),并對(duì)測(cè)量方法(相對(duì)光強(qiáng)法)進(jìn)行了分析、驗(yàn)證和改進(jìn)。納米級(jí)水基潤(rùn)滑膜厚摩擦綜合測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了不同滑滾比下納米級(jí)潤(rùn)滑膜的實(shí)時(shí)觀測(cè)及膜厚的自動(dòng)精確定位測(cè)量、加載及轉(zhuǎn)動(dòng)的自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)、操作系統(tǒng)的人性化和自動(dòng)化等功能,該系統(tǒng)具有較高的分辨率和測(cè)量精度,為水基潤(rùn)滑特性及機(jī)理的研究奠定了基礎(chǔ)。 對(duì)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(shí)(1×10~(-3)vol%),其成膜能力仍遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)彈流潤(rùn)滑理論所預(yù)測(cè)的純水成膜能力。本文通過(guò)對(duì)油水分子在固體界面上競(jìng)爭(zhēng)行為的分析,利用競(jìng)爭(zhēng)潤(rùn)濕的理論,對(duì)上述現(xiàn)象的機(jī)理進(jìn)行了分析,并對(duì)不同固體表面及供液方式對(duì)微量油潤(rùn)滑的影響進(jìn)行研究。設(shè)計(jì)了微量油潤(rùn)滑的作用方式,為微量油潤(rùn)滑的可行性提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 在對(duì)O/W型乳化液成膜特性的研究中,針對(duì)具有不同參數(shù)的乳化液進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果表明,乳化液成膜特性與供液方式、運(yùn)動(dòng)速度、乳化劑濃度及油濃度密切相關(guān)。在對(duì)其成膜機(jī)理的研究中,以超低濃度乳化液為研究對(duì)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(duì)接觸區(qū)附近乳化液液滴行為的觀測(cè),提出二次乳化機(jī)理,并建立理論模型進(jìn)行驗(yàn)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(duì)固體表面油層的二次乳化效應(yīng)在其成膜中起到了很大作用。對(duì)液滴在接觸區(qū)附近行為的觀測(cè)為乳化液成膜機(jī)理的研究提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)和理論研究深入地分析了乳化液的成膜機(jī)理。此外,0.0005%濃度乳化液在一定條件下形成高達(dá)100nm潤(rùn)滑膜的結(jié)果也為微量油潤(rùn)滑的可行性提供了有力的依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TH117.22
【圖文】：

物、材料、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等重要領(lǐng)域應(yīng)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(jī)，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(lái)了巨大的威脅，據(jù)染高達(dá) 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(wèn)題，該現(xiàn)狀給水資源要求。在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，如機(jī)械加工、金屬切削]，水充分體現(xiàn)了其優(yōu)越性，它經(jīng)濟(jì)、對(duì)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(lái)，人們嘗試在燃料及潤(rùn)滑等領(lǐng)域?qū)?09 年，Craig Grimes 等人在賓西法尼亞大學(xué)的草地反應(yīng)》中“水變油”的夢(mèng)想變成了現(xiàn)實(shí)，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(jiǎn)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(xué)的 Calvin Quate 共同發(fā)明，具有原子級(jí)的分辨率，利用對(duì)微懸臂探針與樣品原子之間作用力的探測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)表面原子尺度三維形貌的觀測(cè)，達(dá)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(guò)檢測(cè)原子之間的接觸、原子鍵合、范德瓦耳斯力等來(lái)呈現(xiàn)樣品的表面特性，對(duì)導(dǎo)體和非導(dǎo)體均適用。在摩擦學(xué)領(lǐng)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(shí)現(xiàn)對(duì)納米級(jí)摩擦磨損特性的研究[34, 35]。

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本文編號(hào)：2721174