水溶液中金属/陶瓷摩擦副电控摩擦效应的机理研究

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外电压引起金属/陶瓷摩擦副在水溶液中摩擦系数增大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,为了搞清这种现象产生的机理,本文首先对国内外已发表的关于外电场影响材料摩擦行为的研究结果进行了总结和分析,提出了利用双电极体系和三电极体系相结合的研究方案,并研制了相应的试验装置,针对电控摩擦系统中电极参数、润滑液和金属/润滑液界面这几个关键问题进行了一系列实验研究,通过对实验规律的综合分析提出了关于电控摩擦机理的电化学模型。研究结果表明,在金属/陶瓷摩擦系统中,作为摩擦副一方的金属表面的电极电势是决定摩擦系数变化幅度的主要因素,只有在一定的电极电势区间内才会发生电控摩擦现象。不同的金属材料对应不同的电极电势区间,也即产生电控摩擦所需临界电压不同。在不同的电极电势下,摩擦副的磨损形态和磨损率有明显差别,在摩擦系数可控的电极电势区间内,金属的磨损率最小。辅助电极相对于摩擦接触区的位置十分重要,如果距离太远,摩擦系数就不再受外电压的影响。辅助电极的表面积也是影响因素之一。石墨、铂等惰性导电材料可以取代活泼金属作为电控摩擦体系的辅助电极。 比较了几种不同类型的盐溶液、酸性溶液、碱性溶液和一种非水导电溶液对电控摩擦效应的影响。结果显示含有长链阴离子的有机盐水溶液以及无机盐水溶液中金属/陶瓷摩擦副都会产生电控摩擦现象,但在强酸性和强碱性溶液中只出现较弱的电控减摩效应。含长链阴离子的有机盐水溶液较无机盐水溶液在摩擦系数变化幅度和可恢复性方面表现更好,其中十二烷基磺酸钠溶液是较为理想的电控摩擦用润滑液。为搞清电控摩擦现象与金属/润滑液界面电化学反应之间的关系,进一步测量了循环伏安曲线和不同电极电势下的电流-时间曲线,结果显示电控摩擦效应出现在水发生电解的电势区间内。综合上述实验现象和规律并结合电化学原理和摩擦理论对此现象进行深入分析,提出了电控摩擦效应的电化学模型,即水电解时生成的氢<WP=4>氧根离子与金属试件发生反应在金属表面生成不溶于水的成相膜,推测其成分是金属的氢氧化物,此成相膜的产生导致了摩擦系数的升高。通过本文的研究加深了对电控摩擦现象的认识和理解,拓展了润滑液和辅助电极材料的选择范围,基本搞清了电控摩擦现象的电化学机制。为今后电控摩擦技术的工程应用打下了基础。
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