面接触副表面润湿性对液体膜润滑影响的实验研究

摘要

微纳尺度下的油膜润滑较为复杂，经典的润滑理论不足以完全揭示其成膜机制，还需考虑固体表面与润滑剂之间的相互作用。但目前人们对润滑中的固/液界面效应缺少完整认识，使得其在工程设计中得不到充分应用，如目前微器件滑动接触中的液体润滑设计。本课题通过表面修饰制备具有不同表面润湿性的面接触滑块试样，在滑块－玻璃盘面接触油膜润滑试验台上，采用荧光技术对接触区内油膜流速及接触区外围的油池外形进行测量，以评估成膜机制与固/液界面效应的关联性。主要研究内容包括： (1) 不同润湿性表面与润滑油膜厚度的关系。通过表面张力修饰技术获得具有不同亲和性的滑块界面，并测量滑块在不同速度载荷下的润滑油膜厚度，分析了接触角及接触角滞后两个界面参数与油膜厚度的相关性。结果表明，接触角滞后可以更好地表征界面效应对油膜厚度的影响。 (2) 荧光测量技术中荧光强度与剪应变率的关系。设计新的实验系统，通过筛选得到了合适的润滑剂与荧光探针的组合，使得润滑油膜激发出的荧光强度与其剪切率弱相关。 (3) 膜厚与荧光强度之间标定关系的建立。通过改变滑块倾角，建立接触区内光强与膜厚之间的关系，结果表明光强与膜厚之间存在单值线性关系。利用荧光法对膜厚进行了测量，结果表明荧光法与干涉法的测量结果一致。 (4) 充分供油条件下油池与速度的关系。荧光法测量了滑块-转盘接触流体动压条件下围绕接触区的油池尺寸随速度的变化。油池形状的改变反映了接触区周围润滑剂的流失与补给过程。 (5) 滑块与玻璃盘表面的润湿性对接触区供油的影响。充分供油条件下，滑块表面的润湿性对接触区周围的油池产生影响，但不影响接触区内润滑剂的供给。限量供油条件下，滑块表面的润湿性影响接触区周围润滑油的分布，良好的润湿性改善润滑油在滑块立面的铺展，提供良好的入口区润滑剂供给，从而形成较厚的润滑油膜。 (6) 不同润湿性接触副内界面速度连续性的实验测量。通过随时间变化的荧光漂白图像提取剪切流速分布的直接实验数据，研究了润滑油粘度、油膜厚度等参数对流速连续性的影响。

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