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电控摩擦现象的电化学机理和实验研究

胡波  
【摘要】: 外加电压引起水溶液中陶瓷/金属摩擦副摩擦系数变化的电控摩擦现象是近年来发现并引起关注的一个摩擦学问题。为搞清电控摩擦的机理,本文首先详细实验考察了不同条件下摩擦系数随外加电压的变化及其响应速度,然后使用电化学和显微拉曼分析等手段对电控摩擦的可能机理进行了实验研究,最后以电极过程动力学和吸附机理为基础,建立了电控摩擦的定量分析模型,并尝试将电控摩擦技术应用于摩擦离合器中。对电控摩擦现象的研究结果表明,润滑液的种类和浓度等因素主要通过改变溶液电流的途径来影响电控摩擦现象。 对电控摩擦的响应特性研究结果表明,随着溶液的选用与电极布置方式的进步,摩擦系数随外电压上升而增大的响应时间可降低到0.5秒以下,随外电压下降而恢复的响应时间可降低到2秒以下。 通过选用电化学中的循环伏安法研究金属表面在摩擦系数变化过程中的电化学反应,用恒电极电势法研究摩擦系数与电极电势之间的关系,以及使用显微共焦拉曼光谱分析金属表面在通断电过程和不同电压时的电化学反应和有机离子吸脱附变化,结果表明电控摩擦现象是金属表面析氢反应和有机离子吸脱附共同作用的结果。应用电极过程动力学知识分析电控摩擦过程中金属表面的电化学反应,应用吸附理论分析有机离子在金属表面的吸脱附变化,以电极电势和外电压等为输入参数,溶液电流为中间控制参量,金属/溶液界面的粒子分布状态为基本变量,建立电控摩擦的定量分析模型,利用该模型对稳态溶液电流和摩擦系数进行了模拟,并解释了实验中总结出的电控摩擦现象基本规律。 最后尝试将电控摩擦技术应用于摩擦离合器装置,实验结果表明,将电控摩擦应用于离合器是可行的。 通过本文的研究,加深了对电控摩擦机理的认识和理解,建立了电控摩擦的定量分析模型,提高了电控摩擦的响应速度,为推进这项技术的工程应用提供了一定的科学技术基础。


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