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薄膜润滑的特性及其润滑机理研究已成为近年来摩擦学研究倍受关注的一个领域。国内外的研究表明,在薄膜润滑状态下,润滑剂的特性与体相流体已不相同,有着自己的特点和规律,经典润滑理论规律在薄膜润滑状态下已不再适用。双电层对薄膜润滑具有明显影响,它所产生的电粘度效应使流体的等效粘度增加。本论文主要从理论和实验两方面来研究双电层效应对流体润滑特别是薄膜润滑性能的影响。
在理论研究方面,根据双电层理论,建立了考虑双电层效应的流体动压润滑数学模型。分析表明:双电层效应主要表现为电粘度效应,电粘度主要受润滑剂中离子浓度的影响,在稀溶液中离子浓度越大电粘度越大。然后对流体动压润滑、弹流润滑中的双电层效应进行了数值分析。结果表明:在薄膜润滑状态下,双电层效应的影响比较明显,双电层电粘度效应使得流体的等效粘度明显增加,从而使摩擦系数明显增加。
在实验研究方面,由于目前国内外对水系双电层研究较多,对于非水系润滑研究较少,而实际润滑的多数情况是非水润滑,所以本论文重点对油润滑中的双电层效应进行了实验研究。实验中分别采用施加外电场和添加添加剂以改变润滑剂中离子浓度两种方法来改变电粘度效应的强度,分别对几种不同粘度机械油的双电层效应进行了研究。结果表明:油润滑中存在电粘度效应,使得摩擦系数增加;在外电场作用下,粘度较低的润滑油摩擦系数增加幅度大于粘度高的润滑油,即在粘度较低的润滑油下的双电层电粘度效应比较明显;双电层电粘度的强度与离子浓度和润滑膜厚度有关,离子浓度越大,膜厚越小,双电层效应越强。接下来对水润滑和油润滑两种状态下的双电层效应实验结果进行了对比分析,结果表明:双电层效应对水润滑条件下的摩擦系数影响比较明显,这是因为水的粘度远远低于油的粘度,故由双电层引起的电粘度对水的等效粘度的影响程度大于对油的影响。这与油润滑的实验结论一致。
最后,提出了两种新的双电层模型:胶体模型和电容器模型,通过分析得出流体中胶体颗粒的存在可以增强双电层的电粘度效应,利用电容器模型可以很好的解释双电层效应。然后,利用有限宽组合滑块模型修正了润滑中双电层效应的计算。通过对理论计算和实验测量结果的对比分析,表明在薄膜润滑状态下存在明显的双电层电粘度效应,可通过实验的方法修正对双电层电粘度的理论计算并对润滑中的双电层电粘度效应进行预测分析。