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水润滑环境下聚合物PLL-g-PEG的宏观摩擦学性能的研究

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摩擦学学报 2019年第4期39卷 434-443页

作者：李栋杨淑燕郭峰青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000

将聚(L-赖氨酸)-g-聚(乙二醇)(以下简称PLL-g-PEG)溶解在HEPES水溶液中时,通过球-3板式摩擦试验机研究了添加聚合物PLL-g-PEG对摩擦磨损性能的影响;利用光干涉法在球-盘式纳米薄膜测量装置上初步研究了水基润滑环境下PLL-g-PEG对成膜特... 详细信息

将聚(L-赖氨酸)-g-聚(乙二醇)(以下简称PLL-g-PEG)溶解在HEPES水溶液中时,通过球-3板式摩擦试验机研究了添加聚合物PLL-g-PEG对摩擦磨损性能的影响;利用光干涉法在球-盘式纳米薄膜测量装置上初步研究了水基润滑环境下PLL-g-PEG对成膜特性的影响.结果表明:PLL-g-PEG可降低摩擦并减小磨损,主要归因于表面接枝PLL-g-PEG后形成的一层'刷'状的水化层(Hydration)起到了良好润滑作用,且摩擦性能的改善程度主要受接触应力、卷吸速度和摩擦表面基底材料的影响.试验过程中发现了水基润滑条件下,PLL-g-PEG聚合物刷在摩擦过程中不断遭到破坏,与此同时又快速吸附到摩擦表面上而进行'自我治愈'的行为,故而有效改善了润滑效果.光干涉的测量结果表明:添加PLL-g-PEG后,在接枝聚合物刷的球和玻璃盘的接触面间形成了一层由聚合物刷促成的且具有一定承载能力的水化层,这层水膜保护层虽然非常薄,却可以在卷吸速度为1~64 mm/s时有效分离上下接触面从而达到良好的润滑效果.该研究工作将为深入理解水基润滑的成膜特性及机理提供必要的支持.

关键词：聚合物PLL-g-PEG 水润滑机理自治愈行为成膜特性宏观摩擦学性能

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阶梯轴承平行间隙油膜承载机理

机械工程学报 2013年第1期49卷 116-122页

作者：曲申生杨淑燕郭峰青岛理工大学机械工程学院青岛266033

使用面接触光干涉油膜厚度测量系统对阶梯轴承两平行平面间油膜厚度进行测量,试验中以静止的阶梯滑块平面和旋转的光学透明圆盘平面构成面接触润滑副,且两润滑平面始终保持平行,在不同的载荷条件下,对油膜厚度-速度曲线进行相关测量并... 详细信息

使用面接触光干涉油膜厚度测量系统对阶梯轴承两平行平面间油膜厚度进行测量,试验中以静止的阶梯滑块平面和旋转的光学透明圆盘平面构成面接触润滑副,且两润滑平面始终保持平行,在不同的载荷条件下,对油膜厚度-速度曲线进行相关测量并对气穴现象进行观察。结果表明:测得的油膜厚度-速度曲线分为两个区,低速下的第I区油膜厚度对速度无明显依赖性,且厚度较薄;随速度增加油膜厚度发生阶跃性增长进入第II区,此时油膜厚度与速度在对数坐标下呈线性关系。不同的粘度和载荷对应的两个区的转化速度不同。对这一问题进行理论分析,得出与试验结果相同的结论。第I区的承载力主要由表面粗糙度产生的局部流体动压效应引起的,第II区则主要由阶梯轴承的流体动压效应产生。

关键词：面接触油膜厚度局部动压效应气穴表面粗糙度

聚合物PLL-g-PEG构象变化对宏观摩擦学性能的影响

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摩擦学学报 2020年第6期40卷 792-800页

作者：杨淑燕李栋吴杨郭峰青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000

通过将聚赖氨酸-聚乙二醇(PLL-g-PEG)加入至不同体积分数的HEPES-甘油混合溶液中来改变聚合物的构象,研究其构象变化对摩擦性能的影响.利用晶体微量天平(QCM)定量表征了不良溶剂(甘油)的加入所导致聚合物刷构象发生的改变;摩擦试验结果... 详细信息

通过将聚赖氨酸-聚乙二醇(PLL-g-PEG)加入至不同体积分数的HEPES-甘油混合溶液中来改变聚合物的构象,研究其构象变化对摩擦性能的影响.利用晶体微量天平(QCM)定量表征了不良溶剂(甘油)的加入所导致聚合物刷构象发生的改变;摩擦试验结果表明在良性溶剂(HEPES)中聚合物刷高度水化作用对于摩擦磨损性能的改善起主导作用,而不良溶剂中起决定作用的是甘油的黏度效应;利用纳米级光干涉薄膜测量装置试验证实了表面修饰聚合物刷后的钢球-玻璃盘界面间的成膜特性既与聚合物刷的构象变化相关,也与流体动压效应相关,且随卷吸速度的改变二者对接触区内成膜的贡献会发生转变;对二者共同作用下的水基润滑机理进行了初步探讨,这对于拓宽水基润滑的应用具有较为重要的意义.

关键词：聚合物PLL-g-PEG 构象变化水基润滑机理黏度效应水合效应

离子液体和ZDDP的摩擦学性能及协同效应研究

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表面技术 2018年第6期47卷 122-130页

作者：杨淑燕张东郭峰青岛理工大学机械工程学院山东青岛266520 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室兰州730000

目的研究离子液体和ZDDP添加剂的摩擦学性能以及协同作用机制,以降低ZDDP在工业润滑油中的用量或开发新添加剂。方法选用聚α烯烃(PAO-4和PAO-8)为基础油,二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)和季膦盐油酸离子液体(Ionic Liquid,IL)为添加剂,在四... 详细信息

目的研究离子液体和ZDDP添加剂的摩擦学性能以及协同作用机制,以降低ZDDP在工业润滑油中的用量或开发新添加剂。方法选用聚α烯烃(PAO-4和PAO-8)为基础油,二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)和季膦盐油酸离子液体(Ionic Liquid,IL)为添加剂,在四球试验机上考察了添加剂对基础油摩擦磨损性能的影响及协同作用机制。采用扫描电子显微镜SEM和EDS对磨斑表面进行形貌和化学组分分析,利用表面粗糙度轮廓仪对磨斑进行了三维扫描并测量了其粗糙度,利用球盘式光干涉测量装置研究了添加剂对成膜特性的影响。结果 40℃时,ZDDP和IL复配物的摩擦系数介于ZDDP和IL之间。100℃时,基础油PAO4失效,添加ZDDP和IL复配物后,其摩擦系数降低至0.085,低于单独添加IL和ZDDP时的摩擦系数。基础油PAO8的摩擦系数约为0.11,单独添加IL与添加ZDDP和IL复配物后的摩擦系数非常接近(约为0.09)。SEM图像显示,在40℃和100℃时向基础油中添加ZDDP和IL复配物,工况下对应的磨斑直径最小,且表面粗糙度值均小于基础油和基础油中添加ZDDP。卷吸速度为300 mm/s和450 mm/s时,单独添加IL或添加ZDDP和IL复配物,可提高润滑油的中心膜厚,有效缓解乏油状况。结论与基础油相比,尤其是在高温环境下,ZDDP和离子液体复配时具有很好的减摩抗磨协同效应;混合润滑条件下,向基础油PAO中单独添加IL或ZDDP和IL复配物时,可有效减缓接触区内的乏油状况。

关键词：润滑油离子液体添加剂 ZDDP 摩擦学性能协同效应成膜特性

离子液体和ZDDP添加剂的减摩抗磨性及成膜机理探讨

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表面技术 2018年第2期47卷 89-95页

作者：张东杨淑燕郭峰青岛理工大学机械工程学院山东青岛266520 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室兰州730001

目的顺应当前尽可能选用低黏度润滑油而满足节能减排的要求,进一步探讨离子液体作添加剂时的摩擦润滑机理。方法选用低黏度的聚α烯烃(PAO-4和PAO-8)为基础油,以二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)和季膦盐油酸离子液体(IL)为添加剂,在四球试验... 详细信息

目的顺应当前尽可能选用低黏度润滑油而满足节能减排的要求,进一步探讨离子液体作添加剂时的摩擦润滑机理。方法选用低黏度的聚α烯烃(PAO-4和PAO-8)为基础油,以二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)和季膦盐油酸离子液体(IL)为添加剂,在四球试验机上分别测量了40、100℃下的摩擦系数,并对比磨斑直径,对磨损表面进行SEM和EDS分析。利用轮廓仪对磨斑表面进行三维扫描,并分析其表面粗糙度。结果与基础油对比,离子液体有效降低了摩擦系数,而传统添加剂ZDDP则导致摩擦系数上升。在部分工况,尤其是高温环境下,离子液体和ZDDP均可有效降低磨损。EDS和表面粗糙度结果可推断:ZDDP和IL在摩擦表面产生了两种截然不同的摩擦反应膜。结论离子液体可以明显改善基础油的摩擦学性能。ZDDP和IL产生的不同摩擦膜引起了摩擦性能的不同,二者的成膜机理值得进一步探讨。

关键词：离子液体添加剂 ZDDP 摩擦系数成膜机理磨损

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

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摩擦学学报 2018年第3期38卷 342-348页

作者：杨淑燕 Wong Janet 蔡美荣周峰中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000 青岛理工大学机械工程学院山东青岛266520 英国帝国理工学院机械工程系

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... 详细信息

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.

关键词：离子液体添加剂混合/流体润滑 Stribeck曲线流变特性

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往复摆动式仿生人工关节间润滑薄膜测量系统

摩擦学学报（中英文） 2024年第5期44卷 644-654页

作者：宋鲁平杨淑燕麻拴红郭峰青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 烟台先进材料与绿色制造山东省实验室山东烟台264006 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000

本文中介绍了1种往复摆动仿生人工关节润滑薄膜测量系统,首先,构筑了由陶瓷球-聚二甲基硅氧烷(以下简称PDMS)垫层-玻璃盘组成的用以分别模拟关节头、关节软骨和关节窝的仿生人工关节摩擦副;其次,对球-盘式点接触油膜测量装置的加载执行... 详细信息

本文中介绍了1种往复摆动仿生人工关节润滑薄膜测量系统,首先,构筑了由陶瓷球-聚二甲基硅氧烷(以下简称PDMS)垫层-玻璃盘组成的用以分别模拟关节头、关节软骨和关节窝的仿生人工关节摩擦副;其次,对球-盘式点接触油膜测量装置的加载执行机构、运动执行机构和环境温度等进行了重新设计和完善,可较好地模拟关节运动时承受的载荷、运动方式和环境温度;最后,呈现了3个不同的仿生人工关节间润滑薄膜测量实例.测量结果表明:与硬-硬人工关节摩擦副对比,承受相同载荷时低弹性模量的PDMS垫发生的较大变形能捕获更多的润滑剂流入接触区内从而形成了有效的润滑;在硅油和水润滑条件下对陶瓷球施加固定载荷和冲击载荷时,对PDMS软垫层的变形量随时间的变化实现了可视化测量,且发现在载荷施加初始的极短时间内变化很快,随后逐渐变得缓慢;对固定载荷下陶瓷球往复摆动的整个运动过程中形成的润滑膜进行了原位观察并同步测量了软垫层的变形量.本测量系统为评价仿生润滑材料的润滑性能提供1种新的技术手段,对揭示仿生人工关节的润滑机理具有较为重要的意义.

关键词：仿生人工关节光干涉薄膜测量往复摆动冲击载荷关节润滑机理

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亲水、疏水聚合物刷水润滑机制的对比研究

摩擦学学报（中英文） 2024年第4期44卷 519-529页

作者：孙靖东杨淑燕吴杨周峰郭峰青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 烟台先进材料与绿色制造山东省实验室山东烟台264006 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000

通过表面接枝聚合技术在摩擦副表面(陶瓷球-玻璃盘)分别生长亲、疏水型2种聚合物刷:聚甲基丙烯酸-3-磺酸丙酯钾盐(PSPMA)和聚甲基丙烯酸月桂酯(PLMA),成功构筑了润湿性不同的2种浸润表面,利用球-盘式光干涉薄膜测量装置研究了2种表面在... 详细信息

通过表面接枝聚合技术在摩擦副表面(陶瓷球-玻璃盘)分别生长亲、疏水型2种聚合物刷:聚甲基丙烯酸-3-磺酸丙酯钾盐(PSPMA)和聚甲基丙烯酸月桂酯(PLMA),成功构筑了润湿性不同的2种浸润表面,利用球-盘式光干涉薄膜测量装置研究了2种表面在水环境中的液膜厚度和摩擦力变化,结果表明2种表面呈现出不同的减摩效果:PLMA表面的摩擦力稳定且随速度变化较小,推测这与其较低的表面自由能和低玻璃化温度有关;PSPMA表面的摩擦系数波动较大且滑滚比和卷吸速度对其影响较大,这可能与聚合物刷发生高度水化而在接触表面形成了1层具有法向承载能力的水合层有关.亲水的PSPMA表面形成的水膜膜厚要远远高于疏水的PLMA表面水膜.高速滑动条件下,在流体动压效应和水合作用共同耦合作用使得PSPMA表面呈现出了润滑增强作用,从而获得了较高的膜厚和较低的摩擦系数.研究表明聚合物刷的水合效应对于获取优异的润滑性能是至关重要的,这对于理解水基润滑的机理和指导水润滑材料的设计具有较为重要的意义.

关键词：聚合物刷水合效应表面润湿性膜厚流体动压效应

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离子液体添加剂对润滑剂摩擦和润滑性能的影响

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表面技术 2018年第1期47卷 72-77页

作者：张东庞晴晴杨淑燕郭峰青岛理工大学机械工程学院山东青岛266520 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室兰州730000

目的研究离子液体作添加剂时对基础润滑剂成膜能力和摩擦磨损性能的影响。方法选取聚α烯烃(PAO8)和锂基脂作为基础润滑剂,用季膦盐油酸离子液体作为添加剂,用UMT-3型多功能摩擦磨损试验机(UMT)进行实验,并对试验后的试样表面进行SEM分... 详细信息

目的研究离子液体作添加剂时对基础润滑剂成膜能力和摩擦磨损性能的影响。方法选取聚α烯烃(PAO8)和锂基脂作为基础润滑剂,用季膦盐油酸离子液体作为添加剂,用UMT-3型多功能摩擦磨损试验机(UMT)进行实验,并对试验后的试样表面进行SEM分析。同时用光干涉点接触润滑油膜厚度测量装置测量其膜厚,通过对比基础润滑剂与添加离子液体后的摩擦系数、膜厚和磨斑,评价离子液体添加剂对基础润滑剂摩擦润滑性能的影响。结果相比于基础油和基础脂,离子液体作添加剂可以有效地降低摩擦磨损。含有离子液体添加剂的润滑剂有更高的油膜厚度,在高载荷工况下更明显。添加离子液体可以有效减轻基础油的乏油程度。结论离子液体添加剂可以有效减小摩擦磨损,提高润滑性能。

关键词：离子液体添加剂摩擦磨损油膜厚度乏油润滑剂