191 / 2021-06-02 21:23:56

二维材料调节边界润滑膜与动压润滑膜的耦合作用效果

在人类可持续发展战略规划中，降低机械装备摩擦损耗，改善界面磨损状况是永恒的目标。以润滑油和润滑脂为代表的液体润滑剂，是目前工业界使用最广泛的润滑介质。液体润滑接触域，主要由边界润滑膜和动压润滑膜组成。二者的耦合作用效果主导了界面的润滑性能。长期以来，这两种膜对界面润滑性能（减摩、抗磨）的作用效果一直被独立研究。通过实验和计算流体动力学仿真（CFD）的方法，探究了典型二维材料（石墨烯、氮化硼、二硫化钼、二硫化钨）对摩擦界面边界润滑膜与动压润滑膜的耦合性能的调节效果。提出了边界润滑膜与动压润滑膜的内在耦合机理，并揭示了两种膜与界面减摩与抗磨性能的关系。摩擦界面的抗磨性能主要与边界润滑膜行为有关。在机械和热应力作用下，二硫化钼和二硫化钨易与摩擦表面形成共价键，生成铁的硫化物（FeS和FeS₂）和铁的硫酸盐（FeSO₄和Fe₂(SO4)₃），极大地增强了边界润滑膜的鲁棒性。摩擦界面的减摩性能主要与动压润滑膜有关。石墨烯和氮化硼可以显著地强化润滑脂剪切稀化现象，使介质粘度降低，动压润滑膜厚度下降，最终减小动压润滑膜粘滞阻力，强化界面的减摩性能。这项研究有助于正确理解液体润滑状态下摩擦和磨损的关系，同时为界面润滑系统的优化设计提供理论指导。