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外加电场下纳米级润滑膜的成膜特性及微汽泡行为研究

解国新  
【摘要】:电场作用下薄膜润滑性能研究不仅是润滑理论发展的一个前沿领域,而且在带电机械润滑系统、微/纳机电器件等方面有重要的学术和工程价值。本论文主要以外加电场对纳米级润滑膜性能影响为主题,从成膜特性和润滑膜内部产生微汽泡现象两个方面进行讨论和分析。 (1)探讨了油基、乳液和水基等润滑剂在外加电场作用下的成膜特性:提出了阳离子对电场的响应特性不同是决定具有不同侧链长度的离子液体在电场作用下成膜能力存在差异的直接原因;考察了水包油乳液在外加电场下的成膜能力与电场强度、乳化剂浓度以及油相浓度的关系,通过构造楔形入口区油滴失稳模型从理论上分析了电场作用下油滴的变形和破裂能力对成膜性能的影响;对比考察了带正、负电头基以及不同浓度的表面活性剂水溶液在电场下的成膜性能,详细分析了表面活性剂分子与带电固体表面的相互作用对成膜性能的影响。 实验发现润滑接触区纳米级润滑膜的流动性在外加电场强度达到一个临界值后会出现减弱甚至消失的现象。提出了靠近固体壁面的润滑液体分子类固化转变在电场作用下的大幅度增强是导致接触区润滑膜流动性出现减弱的重要原因。 (2)深入地考察了外加电场作用下不同润滑膜内部产生微汽泡的现象,发现在其它实验条件相同情况下,电极表面有介电层存在时润滑膜中微汽泡产生更为剧烈的现象;提出产生的微汽泡是局部热效应和电化学反应共同作用的结果,其中局部热效应占主导作用;建立了描述纳米级润滑膜中微汽泡生长和运动特性的理论模型,并用该模型验证了微汽泡生长、运动特性与液体基本物化性质之间关系的实验结果。搭建了电致轴承破坏试验台,考察了轴承润滑表面在较小回路电流下(~1 mA)的损伤特性,提出了微汽泡的产生及其溃灭是润滑表面形成凹坑的主要原因。


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