先进润滑材料设计与制造
润滑液科研成果一、开发了在酸碱两种典型的环境中可以实现宏观超滑的体系,并且在固液耦合及纯液体溶液条件下均实现了超滑。具体如下:(1)提出了一种新的石墨烯/氢氧化钾(G/KOH)溶液宏观超润滑体系;所涉及的石墨烯添加剂通过摩擦从石墨烯/环氧树脂(G/EP)摩擦副中原位剥离,不断将新剥离的石墨烯提供到KOH溶液中,并将石墨烯团聚的不利影响降至最低。此外,原位制备的石墨烯添加剂具有更薄的厚度和更好的抗聚集能力,从而提供更多的石墨烯来容纳OH-并在摩擦副之间形成更多的OH-/石墨烯/OH-堆叠三明治结构(即,相当于具有更多轮子的移动滑轮组),最终实现了超润滑(μ=0.0045)。该项研究已发表于工程类TOP期刊Friction(2023,11(4),567-579)上。(2)将高浓度氯化锌水溶液用作润滑剂,实现了宏观超滑(μ=0.002)。并揭示了润滑剂本身团簇构型数量等对摩擦学性能的影响。二、基于胆碱基类离子液体构建了两种新型液体超润滑体系,并结合实验和分子动力学模拟方法,从分子/原子层面上分析了其超润滑性的来源。具体如下:(1)基于氯化胆碱/六水合氯化镁类离子液体构建了一种水调控的类离子液体(ILA/H2O)超润滑系统。通过引入2-10wt%的水来弱化类离子液体中的强氢键作用,从而使其能够在~700MPa的赫兹接触压力下实现宏观超润滑(0.006<μ<0.008)。而且其可在多种材质的摩擦副(如,钢/钢、钢/SiO2、Si3N4/Al2O3和Si3N4/SiO2)下获得极低的摩擦(μ<0.01)。该项研究已发表于SCI一区期刊、自然指数期刊TheJournalofPhysicalChemistryLetters(2023,14,2347-2353)上,并申请了一项发明专利,目前正在实审中。(2)基于水调控的氯化胆碱/D-葡萄糖类离子液体(ChCl/Glu-H2O)构建了另一种超润滑体系。该润滑材料在保持与ILA/H2O相当的摩擦学性能(0.003<μ<0.007,最大赫兹接触压力为~700MPa)的同时,提高了对环境湿度的耐受性,并且更加绿色环保。而且也具有在多种场景下广泛应用的潜力。三、基于非等径颗粒间的非对称接触作用,构建了两种高承载固体添加剂/润滑液(油)超润滑体系。具体如下:(1)利用两种尺寸不同的聚合物PMMA小球作为添加剂,与类离子液体(ILA)混合形成非等径球体添加剂/ILA(Uneq-SA/ILA)超润滑体系,在氮化硅(Si3N4)/石英玻璃摩擦副上实现了超润滑(μ低至0.0046)),承载达568MPa。该项研究已发表于SCI一区期刊CeramicsInternational(2023,49,18728-18734)上,并申请了一项发明专利,目前正在实审中。(2)以高硬度无机化合物SiO2纳米颗粒为添加剂,蓖麻油(CO)为基础液,构建了Uneq-SA/CO润滑体系,在GCr15钢/SKH55高速钢摩擦副上实现了超润滑(μ≈0.008),承载达637MPa。
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