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魔芋葡甘聚糖溶液水基的润滑特性

材料研究学报 2018年第1期32卷 25-32页

作者：漆雪莲张倩倩盛德尊李小磊张会臣大连海事大学交通运输装备与海洋工程学院大连116026

以石英玻璃为摩擦副,研究在面接触条件下魔芋葡甘聚糖溶液的水基润滑特性。使用红外光谱仪测量了魔芋葡甘聚糖的分子结构,用多功能摩擦磨损试验机进行润滑特性试验,用LEXT OLS4000 3D激光共聚焦显微镜表征了试样的表面形貌,重点分析了... 详细信息

以石英玻璃为摩擦副,研究在面接触条件下魔芋葡甘聚糖溶液的水基润滑特性。使用红外光谱仪测量了魔芋葡甘聚糖的分子结构,用多功能摩擦磨损试验机进行润滑特性试验,用LEXT OLS4000 3D激光共聚焦显微镜表征了试样的表面形貌,重点分析了不同浓度魔芋葡甘聚糖溶液的润滑特性。结果表明:浓度为0.3%的溶液具有最佳的润滑性能,石英玻璃间的摩擦系数约为0.002。在不同浓度的魔芋葡甘聚糖溶液的润滑条件下,摩擦副的摩擦系数随着转速呈现出不同的变化规律。由于硼酸离子与魔芋葡甘聚糖分子中的羟基发生化学反应生成硼酸多羟基化合物,硼酸的加入增强了水合分子层的稳定性。魔芋葡甘聚糖水基润滑界面,主要包含魔芋葡甘聚糖水合分子层和自由水分子层。水合分子层吸附在摩擦副表面形成吸附膜可避免摩擦副的直接接触,自由水分子层保证了润滑液的剪切流动性,两者的共同作用实现了有效润滑。

关键词：有机高分子材料材料表面与界面魔芋葡甘聚糖水基润滑面接触

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面接触条件下海藻酸钠的水基润滑特性

摩擦学学报 2016年第3期36卷 380-387页

作者：盛德尊张会臣大连海事大学交通运输装备与海洋工程学院辽宁大连116026

以海藻酸钠作为水基润滑添加剂,研究面接触条件下石英玻璃片摩擦副的摩擦学特性.采用红外光谱仪分析海藻酸钠的分子结构,采用3D表面轮廓仪测量试样的表面形貌,在微摩擦磨损试验机上测试不同摩擦副的摩擦系数.结果表明:面接触条件下,下... 详细信息

以海藻酸钠作为水基润滑添加剂,研究面接触条件下石英玻璃片摩擦副的摩擦学特性.采用红外光谱仪分析海藻酸钠的分子结构,采用3D表面轮廓仪测量试样的表面形貌,在微摩擦磨损试验机上测试不同摩擦副的摩擦系数.结果表明:面接触条件下,下试样表面粗糙度Ra值为0.555 nm时,上试样表面粗糙度大于下试样表面粗糙度时方可相对滑动,上试样表面粗糙度越大,摩擦系数越大.上下试样表面粗糙度合理搭配可保证海藻酸钠溶液能形成稳定的润滑膜,获得极低的摩擦系数.加入饱和氯化物破坏海藻酸钠水合分子层,摩擦系数急剧增大.海藻酸钠水基润滑层包括水分子层和海藻酸钠水合分子层,其中海藻酸钠水合分子层起主要作用.

关键词：水基润滑海藻酸钠黏度表面粗糙度润滑模型

聚合物基离子液体水基润滑添加剂设计制备及其摩擦学性能研究

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聚合物基离子液体水基润滑添加剂设计制备及其摩擦学性能研究

作者：邹坤南京林业大学

学位级别：硕士

为了应对未来能源和环境问题挑战,采用水基润滑剂来替代传统的油基润滑剂得到了各行业的广泛关注。水基润滑具有绿色低成本、难燃和降温性能好等优点,但是其粘度低、抗腐蚀能力差等缺点限制了其在工业领域的应用。因而迫切需要发展新型... 详细信息

为了应对未来能源和环境问题挑战,采用水基润滑剂来替代传统的油基润滑剂得到了各行业的广泛关注。水基润滑具有绿色低成本、难燃和降温性能好等优点,但是其粘度低、抗腐蚀能力差等缺点限制了其在工业领域的应用。因而迫切需要发展新型高效的添加剂以改善水的抗腐蚀性和润滑性。聚离子液体是由离子液体单体聚合而成,兼具离子液体和聚合物二者的优异性,可以作为高性能的润滑添加剂应用于水基润滑剂中。本文设计了一种新型聚离子液体,通过与缓蚀剂复配和阴离子交换的不同形式分析研究了它们在水中的相互作用和润滑机理。主要研究内容和结果如下:1.制备了一种新型聚离子液体PPM,与缓蚀剂共同使用。研究了其物理化学性质,考察了其作为水基润滑增粘剂对于水基润滑状态的作用。通过往复式摩擦试验机SRV-V和MTM微牵引力机测试配制的润滑剂在边界润滑状态和混合润滑状态时的摩擦学性能。结合XPS、ECR和EHL等技术手段,发现其可以在滑动界面形成摩擦化学反应膜,高粘度的PPM还可以在摩擦副接触表面产生大于100nm的油膜,帮助润滑状态从混合润滑迈入弹流润滑。2.采取三种碳链长度不同的羧酸根阴离子置换聚离子液体PPM中的氯离子。置换后的聚离子液体在水中展现了良好的抗腐蚀性能。通过SRV微动摩擦磨损试验机测试了其作为水基润滑添加剂在钢/钢摩擦副界面的摩擦学机制。实验表明,三种阴离子链长不同的聚离子液体均能有效的降低摩擦系数和磨损体积,碳链长为8的PPM-Oa性能最优。良好的粘度、季铵盐离子和羧酸根的极性基团COOH在滑动界面的吸附以及摩擦化学反应膜是其良好的润滑性能的原因所在。3.将绿色无污染的L-型氨基酸通过置换反应引入聚离子液体PPM中。MIC测试显示其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有生长抑制作用。摩擦磨损试验结果表明三种氨基酸型聚离子液体显著提升了水的润滑性能,有效的降低了摩擦系数和磨损体积。PPM-Try润滑表现最佳,苯环和咪唑环中的大π键与摩擦界面中金属表面的原子的协同作用是关键原因。

关键词：聚离子液体水基润滑弹流润滑摩擦学性能润滑添加剂

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基于水基润滑理论的冰刀减阻影响参数研究

基于水基润滑理论的冰刀减阻影响参数研究

作者：李梦晗北方工业大学

学位级别：硕士

科学技术的应用对竞技体育的影响越发深远,开展冰刀减阻理论的研究,对提高滑冰运动项目的比赛成绩,具有重要的意义。目前学者们普遍认为冰面的水润滑膜对降低冰面摩擦因数起着至关重要的作用,但水润滑膜的形成过程尚不明确,这极大的限... 详细信息

科学技术的应用对竞技体育的影响越发深远,开展冰刀减阻理论的研究,对提高滑冰运动项目的比赛成绩,具有重要的意义。目前学者们普遍认为冰面的水润滑膜对降低冰面摩擦因数起着至关重要的作用,但水润滑膜的形成过程尚不明确,这极大的限制了冰刀减阻理论研究的发展。本文通过ANSYS对冰刀的滑动摩擦过程进行有限元仿真模拟,分别在滑冰工况相同冰刀物性参数不同、冰刀物性参数相同滑冰工况不同的条件下,分析冰刀、冰面局部温度变化,得出以下结论:(1)在一定范围内减小冰刀导热系数、比热容、密度都有利于冰刀润滑,其中导热系数的作用最强,密度次之,冰刀比热容的作用最弱;冰刀导热系数为0.527 W/(m·K)时,冰面水膜最大,长度达到181.58 mm,冰面水膜厚度达到1087.0μm;冰刀比热容为25.0 J/(kg·K)时,冰面水膜最大,长度为170.43 mm,厚度为647.53μm;减小冰刀密度有利于水膜形成,冰刀密度从1.93×10 kg/m降低至85.9 kg/m,冰面水膜长度从0 mm增至180.44 mm,冰面水膜厚度从0μm增至740.48μm;冰刀比热容、密度的降低导致冰刀0℃线明显上移,不利于控制冰刀的表面改性处理的成本;(2)增大环境温度、冰面粗糙度、滑动速度、载荷都会使最高温度及冰面最高温度升高,并增加冰面水膜长度。环境温度的升高有利于冰面熔化,冰面水膜厚度会随环境温度升高而增大;随着冰面粗糙度增加,冰面水膜厚度增大,当摩擦因数增加至0.2325时,冰面水膜厚度达到峰值677.29μm。在试验范围内,滑动速度为0.8 m/s时冰面水膜最厚,达到594.88μm。载荷从65 kg增大到85kg,冰面水膜厚度有增加趋势,在454.48μm～633.14μm的范围内变化;(3)在对冰刀表面改性时,降低改性层的导热系数、比热容、密度对冰面水膜的形成都有积极影响,考虑到滑冰工况,表面改性层优化的厚度为3.51 mm,优化的导热系数为0.527 W/(m·K),优化的比热容为178 J/(kg·K),优化的密度为3090 kg/m。

关键词：速滑冰刀冰面摩擦减阻数值模拟水基润滑

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单宁酸作为水基润滑添加剂的摩擦学特性

润滑与密封 2018年第4期43卷 64-69页

作者：陈启郑少梅刘璐孙书磊万勇青岛理工大学机械工程学院山东青岛266520 烟台东诚药业集团股份有限公司山东烟台264006

以含单宁酸水基润滑添加剂为研究对象,利用立式万能磨损试验机评价不同含量单宁酸水基液作为不锈钢/Si_3N_4摩擦副润滑液的摩擦学性能,并借助电化学工作站及接触角测定仪对单宁酸在不锈钢基体表面的吸附性能进行研究,探讨单宁酸减摩、... 详细信息

以含单宁酸水基润滑添加剂为研究对象,利用立式万能磨损试验机评价不同含量单宁酸水基液作为不锈钢/Si_3N_4摩擦副润滑液的摩擦学性能,并借助电化学工作站及接触角测定仪对单宁酸在不锈钢基体表面的吸附性能进行研究,探讨单宁酸减摩、耐磨机制。结果表明:在去离子水中加入少量的单宁酸可以显著改善水的摩擦学性能,然而当水中单宁酸质量浓度超过5 g/L时,材料的磨损量明显增大;单宁酸减摩抗磨作用机制在于单宁酸分子在摩擦过程中吸附到不锈钢基体表面,与铁发生配位化学反应,形成难于溶解的单宁酸铁配合物沉淀于基体表面,从而起到减摩抗磨的效果。

关键词：水基润滑单宁酸减摩性能化学转换膜

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偶联剂对魔芋葡甘聚糖水基润滑特性的影响

偶联剂对魔芋葡甘聚糖水基润滑特性的影响

作者：倪涛大连海事大学

学位级别：硕士

传统油润滑存在污染环境、微纳米尺度下固化等缺点,加之石油资源不可再生,开发新型绿色环保润滑剂势在必行。水基润滑是一种新型的润滑方式,通过在水中加入各种添加剂,利用水合效应,实现摩擦副界面的超低摩擦,这种润滑方式在精密机械传... 详细信息

传统油润滑存在污染环境、微纳米尺度下固化等缺点,加之石油资源不可再生,开发新型绿色环保润滑剂势在必行。水基润滑是一种新型的润滑方式,通过在水中加入各种添加剂,利用水合效应,实现摩擦副界面的超低摩擦,这种润滑方式在精密机械传动中具有巨大的应用潜力。本文采用魔芋葡甘聚糖（Konjac Glucomannan,KGM）作为水基润滑添加剂、三种硅烷作为偶联剂,以石英玻璃作为摩擦副,采用微摩擦磨损试验和分子动力学模拟相结合的方式研究了面接触条件下,KGM和不同偶联剂之间的相互作用及水基润滑机理。主要研究内容包括:1.以石英玻璃为摩擦副,研究了三种偶联剂和KGM之间的相互作用,着重分析了KGM-偶联剂混合溶液的水基润滑机理。结果表明,3-巯丙基三甲氧基硅烷（MPTS）和KGM具有协同效应。0.3wt.%KGM+5wt.%MPTS混合溶液相对于0.3wt.%KGM溶液摩擦系数降低了 34.2%,水合层及双电层共同作用实现了超滑。MPTS上的Si-O键与KGM上的羟基形成共价键,改变了 KGM溶液的水基润滑特性。MPTS使混合溶液的表面张力降低,溶液更容易在摩擦副表面铺展;MPTS浓度增加,混合溶液的粘度逐渐增大。2.采用平衡分子动力学模拟研究了三种偶联剂和KGM之间的相互作用,分析了温度和压力对KGM-MPTS混合溶液在SiO2表面吸附行为的影响。界面结合能及径向分布函数模拟结果表明,MPTS和KGM具有协同效应。温度升高,界面结合能降低;温度升高,分子间范德华力减小,水分子在Z方向上最大相对浓度降低,KGM分子链回转半径差距缩小,两体系间质心距离增加。压力升高,界面结合能先降低后升高,界面间吸附力先减小后增加,导致水分子在Z方向上的最大相对浓度先降低后升高,KGM分子回转半径差距先降低后增加,两体系间质心距离先增加后减小。3.采用非平衡分子动力学模拟研究了剪切速率对KGM-MPTS混合溶液在SiO2限域表面剪切流变行为的影响。剪切速率增加,流体层相对浓度没有明显差异:每种剪切速率下,流体层都出现了明显的速度粘滑现象,刚性壁表面原子和流体分子链间持续的吸附、脱离导致流体分子速度的变化;剪切速率增加,流体层由于分子热运动增强导致温度升高;流体层均方根位移增加,流体层更易迁移,流体粘度降低,出现剪切稀化现象;剪切速率从0.1 A/ps增加到0.9 A/ps,流体层平均氢键数量减小57.6%,流体层氢键数量的减少导致了流体粘度降低。

关键词：魔芋葡甘聚糖水基润滑协同效应结合能剪切稀化

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聚乙烯吡咯烷酮溶液的水基润滑特性研究

聚乙烯吡咯烷酮溶液的水基润滑特性研究

作者：邹明大连海事大学

学位级别：硕士

传统润滑油广泛应用于现代工业,但对环境不免造成危害。出于环境保护以及可持续发展的需求,开发具有优良性能的绿色环保型润滑剂具有重要意义。水基润滑是指向纯水中添加不同种类的润滑添加剂来改善其减摩性能的一种润滑方式,对环境友好... 详细信息

传统润滑油广泛应用于现代工业,但对环境不免造成危害。出于环境保护以及可持续发展的需求,开发具有优良性能的绿色环保型润滑剂具有重要意义。水基润滑是指向纯水中添加不同种类的润滑添加剂来改善其减摩性能的一种润滑方式,对环境友好,减摩润滑效果优异,具有重要的应用价值。本文采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为水基润滑添加剂,研究其溶液的水基润滑特性。主要研究内容包括:1.通过PVP分子的红外光谱图发现,PVP分子是一种具有亲水基团和极性基团的水溶性高分子;利用材料分析软件模拟了 PVP分子与水分子的相互作用,研究发现,在氢键的作用下,PVP分子与水分子能够相互交织形成水合分子,发挥润滑效果。2.采用石英玻璃为摩擦副,研究了面接触条件下PVP溶液浓度、载荷以及转速对润滑效果的影响。结果表明,溶液浓度为3.00wt.%时润滑效果最好,浓度增大或减小均会造成摩擦系数增大;载荷大小显著影响PVP溶液的润滑特性,载荷为5 N时润滑效果最好;不同载荷下转速变化对溶液润滑特性的影响不同,载荷为3N和5N时摩擦系数几乎不随转速变化,载荷为7 N和9N时不同转速下摩擦系数存在一定差异。3.采用氮化硅/钛合金为摩擦副,研究了点接触条件下PVP溶液浓度以及转速对润滑效果的影响。研究发现,溶液浓度为5.00wt.%时润滑效果最好;不同载荷下转速变化对溶液润滑效果的影响不同,载荷为0.3 N时,随着转速的增大,摩擦系数并未出现明显变化,当载荷增大到0.5 N时,随着转速增大,摩擦系数逐渐减小,但转速大于210 r/min后溶液出现润滑失效,摩擦系数又略微增大。4.针对氮化硅/钛合金摩擦副,研究了干摩擦跑合与硼酸跑合对PVP溶液润滑效果的影响。结果表明,干摩擦跑合后摩擦系数显著降低但润滑稳定性较差,适当的跑合转速和溶液浓度能够获得更低的摩擦系数;硼酸跑合后摩擦系数降低幅度较小但润滑稳定性提升显著,适当的溶液浓度有利于发挥PVP溶液的润滑效果。

关键词：水基润滑聚乙烯吡咯烷酮水合分子跑合氢键

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石墨烯/水基复合润滑剂协同润滑机理研究

石墨烯/水基复合润滑剂协同润滑机理研究

作者：李晨洁中南大学

学位级别：硕士

为顺应科技发展与时代需求,水基润滑剂已成为当今摩擦学重要的研究对象之一。由于纯水润滑具有粘度小、稳定性差等问题,实际中常引入离散的固体添加剂使润滑剂兼具固/液复合属性。原子级厚度的二维石墨烯添加剂能有效改善纯水润滑性能,... 详细信息

为顺应科技发展与时代需求,水基润滑剂已成为当今摩擦学重要的研究对象之一。由于纯水润滑具有粘度小、稳定性差等问题,实际中常引入离散的固体添加剂使润滑剂兼具固/液复合属性。原子级厚度的二维石墨烯添加剂能有效改善纯水润滑性能,但纳米级别的添加材料不利于以宏观角度分析摩擦机理,复合润滑剂中连续相与分散相的协同润滑机制也有待深入研究。本文从原子视角出发,利用分子动力学模拟并结合宏观摩擦实验跨尺度分析含石墨烯的水基复合润滑剂在DLC/DLC对偶环境中的摩擦机理和协同润滑机制。模拟计算和可视化结果表明超滑级别的摩擦环境归因于碳层间弱的相互作用和多层石墨烯内部的层间滑动。添加剂增强了液体相对摩擦界面的隔离影响,水分子在界面滚动或平动扩散有利于形成均匀的润滑膜。复合润滑剂的摩擦性能很大程度取决于石墨烯的空间行态。石墨烯材料与粗糙表面共性接触后产生随机变形导致界面桥接磨损加剧。宏观实验结果表明,分散良好的二维添加剂使水基润滑达到超滑级别,摩擦系数维持在0.1%.04%。本文首次提出润滑膜内添加剂与基础润滑液之间存在显著协同润滑效应且动态相关。一方面,剪切滑动与摩擦磨损主要发生在不同晶格匹配且动态变化的石墨烯层间,而液体润滑剂则受固体添加剂运动影响在空间内呈现多层分布,产生润滑剂局部扩散增强的结果。另一方面,缺陷降低石墨烯结构强度与韧性,添加剂的软/硬团聚行为对水具有约束效应从而影响润滑剂的流体润滑性能。两相间的摩擦学性能在跨尺度模拟中表现出较好的一致性,尺寸差异主要影响协同效应中分子的运动行为,特别是石墨烯浓度的宏观阈值有别于微观分子模拟。希望通过多尺度分析促进此类水基固-液复合润滑剂的研究向更可预测的方向发展。图83幅,表6个,参考文献181篇

关键词：非晶碳薄膜复合润滑剂分子动力学水基润滑二维石墨烯添加剂层间滑动协同润滑机理粗粒化分子动力学

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魔芋葡甘聚糖溶液的水基润滑特性研究

魔芋葡甘聚糖溶液的水基润滑特性研究

作者：漆雪莲大连海事大学

学位级别：硕士

传统的油润滑存在冷却效果差,易燃、易污染等缺点,随着节能和环保要求的提高,开发新型绿色环保润滑剂势在必行。水基润滑是指通过分子的水合作用,利用水合层间的斥力实现减小界面摩擦的一种润滑方式,具有重要的研究意义和应用价值。本... 详细信息

传统的油润滑存在冷却效果差,易燃、易污染等缺点,随着节能和环保要求的提高,开发新型绿色环保润滑剂势在必行。水基润滑是指通过分子的水合作用,利用水合层间的斥力实现减小界面摩擦的一种润滑方式,具有重要的研究意义和应用价值。本文采用天然植物多糖魔芋葡甘聚糖(konjac glucomannan,简称KGM)为水基润滑添加剂,以石英玻璃和钛合金(Ti6A14V)为摩擦副,研究面接触和点接触状态下KGM溶液的水基润滑特性。主要研究内容包括:1.以石英玻璃为摩擦副,研究面接触条件下KGM溶液的水基润滑特性,着重分析了不同浓度溶液在不同转速下的润滑特性。结果表明:浓度为0.3%的溶液具有最佳的润滑性能,石英玻璃间的摩擦系数为0.002,且几乎不随转速发生变化。低浓度溶液的摩擦系数随转速增大而增大,高浓度溶液的摩擦系数随转速增大而减小。硼酸的加入增强了 KGM水合分子层的稳定性。面接触下水基润滑界面主要包含水合分子层和自由水分子层,两者共同作用实现有效润滑。2.以石英玻璃和Si3N4球为摩擦副,研究点接触条件下KGM溶液的水基润滑特性,重点分析了转速和浓度对润滑特性的影响。结果表明:点接触下只有当转速达到一定范围时才能实现超低摩擦,且低浓度范围和高浓度范围内实现超低摩擦的原理有所不同。润滑液浓度较低时,实现超低摩擦需要一段跑合过程。浓度较高时,不需要跑合过程即可实现超低摩擦。3.以Ti6A14V和Si3N4球为摩擦副,研究跑合过程对KGM溶液水基润滑特性的影响。对比分析了干摩擦跑合和硼酸跑合后KGM溶液水基润滑特性的差异。结果表明:跑合过程中Si3N4球上形成的磨损区域是实现超低摩擦的关键。干摩擦跑合后,在润滑液浓度较大且试验转速较高时,可实现超低摩擦,但浓度较低时无法实现超低摩擦。硼酸跑合后,即使在润滑液浓度较低时也能实现超低摩擦。

关键词：魔芋葡甘聚糖水基润滑水合作用跑合过程超低摩擦