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纳米金刚石与减摩剂(3)

时间:2018-09-27 09:53 作者:石科院-李云鹏 点击:
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    欲对纳米金刚石甚至包括其它类型的所谓纳米润滑剂的种种假设有正确的认识,我们不妨先看看纳米材料(颗粒)是如何制备的。

 

 

就纳米金刚石而言,和纳米金属的制备一样,目前主要以“爆轰法”得到。

爆轰法,是利用负氧平衡炸药爆炸产生的瞬时超高温高压使释放的自由碳原子重新排列聚集晶化后形成纳米金刚石的技术。爆轰过程的瞬时性决定了其产物为超细的金刚石,平均粒径为4-10nm。

其实谈到所谓纳米润滑,就不能不涉及“薄膜润滑技术”这个概念。

纳米科学技术的出现无疑是现代科学技术的一个重大突破,由此派生出一系列新的学科,纳米摩擦学便是其中之一。纳米摩擦学是在原子分子尺度上研究物质相互接触,以及在滑动过程中表面的微观摩擦、磨损与润滑行为及其机理。这是摩擦学研究的一个重大拓展和深入。通过纳米薄膜润滑和表面微观改性处理,达到控制摩擦和减少磨损的目的。最大限度地降低磨损是当前某些高科技设备功能和使用寿命的关键。应当指出,摩擦学就其性能而言属于表面科学范畴,其研究对象是发生在摩擦表面和界面上的微观的动态行为与变化,而摩擦过程中材料表面所表现的宏观特性与其原子、分子结构密切相关。

宏观摩擦学研究对于降低机械设备的摩擦能耗,提高抗磨损寿命和可靠性,以及推动机械向高参数工况发展起着重要作用,它已成为现代机械设计和制造中的重要基础学科之一。

在现代润滑技术研究中,人们发现许多低速、重载、高温以及采用低粘度润滑介质润滑的机械和精密机械中,摩擦副之间的润滑膜常处于十几到几十个纳米厚度的薄膜润滑状态。这种状态下的润滑性能和机理尚未得到充分认识,因此,薄膜润滑研究已成为现代摩擦学发展的重要方向之一,而其中的关键问题是纳米量级润滑膜厚度测量技术。

下表,是前英国机械工程学会主席Dowson教授提出的流体润滑系统中,薄膜厚度日益减小的趋势:


 

在整个润滑体系中,无论从润滑膜厚度,还是润滑膜物理特征来分析都表明,在边界润滑与流体润滑(包括流体动力润滑和弹性流体润滑)之间存在一个过渡区。人们很自然地提出这样的问题:润滑膜厚度介于边界膜厚度和弹流膜厚度之间是一种什么样的润滑状态?从吸附边界薄膜如何过渡到弹性流体膜?

随着弹流润滑理论及其测试技术的深入发展,人们提出一种新的润滑状态即薄膜润滑(thin film lubrication)状态,用它来描述边界薄膜润滑与流体薄膜润滑之间的过渡状态,20世纪九十年代初,以理论和实践两方面都论证了以亚微米和纳米量级的膜厚为特征的润滑状态的存在,并在薄膜润滑性能和机理研究方面取得重要进展。

 

       作者:李云鹏,石油化工科学研究院,教授、高工、研究生导师,1987年南开大学研究生毕业后入职石科院,从事润滑油品及添加剂的研发工作近30年,在国内外学术期刊发表论文70余篇,发明专利15项,所主导研发产品获部级科技一等奖一次,其他奖项若干。