双电层对薄膜润滑特性影响机理的理论与实验研究

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在固体和液体的界面处存在双电层现象.双电层之间存在相互作用力,并且双电层产生电粘度效应使流体的等效粘度增加.该文主要在理论和实验两方面对流体润滑特别是薄膜润滑中双电层效应的影响进行研究.首先,根据双电层理论,对流体润滑中的双电层效应进行分析,包括双电层之间的作用力和双电层的电粘度效应,建立了新的双电层流体动压润滑数学模型.分析表明,一般情况下双电层间作用力可以忽略,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、点接触和线接触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,从而使润滑膜厚度和磨擦系数明显增加,但对弹流润滑中压力分布没有明显影响.其次,对水润滑和油润滑中的双电层效应进行了试验研究.试验中分别采用施加外电场和添加添加剂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,从而使流体的等效粘度发生变化,并表现为摩擦系数的变化.试验中对摩擦系数和流动势进行了测量,结果表明:流体润滑中存在双电层电粘度效应,使得摩擦系数增加;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;通过施加外电场和改变润滑剂中的离子浓度可以控制双电层效应的强度,使摩擦系数增加;试验结果支持双电层润滑理论模型.最后,利用试验结果和有限宽组合滑块模型修正了润滑中双电层效应的计算,给出了电粘度的计算公式,并且进行了数值分析.通过对理论计算结果和试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,可通过试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的.
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