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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。