超声振动下纳米微粒的摩擦行为及润滑机理研究

纳米微粒作为润滑油添加剂具有优异的摩擦学性能已被众多研究成果证实，而超声振动可以使相互运动的摩擦副间的摩擦性能发生显著改变，但目前两者的研究往往是各自分离的。当纳米微粒的润滑作用处于超声振动条件下，则会出现许多新的摩擦磨损现象。本项目拟通过分析超声振动对接触面间摩擦状态的影响和超声振动产生的声悬浮作用对润滑状态的影响，研究超声振动下纳米微粒的减摩抗磨性能和抗疲劳性能，揭示超声振动下纳米微粒的摩擦学和抗疲劳性能的变化规律；通过分析超声振动和纳米微粒耦合作用下磨损表面形貌和磨损表面微观力学性能的变化，结合磨损表面元素组成及化学价态的变化，揭示纳米微粒的超声润滑机理，为发展新的润滑技术提供理论基础和技术支持。

通过在MFT-R4000往复摩擦磨损试验仪上加装超声振动装置，设计了超声摩擦试验机。在超声摩擦试验机上考察了载荷、摩擦频率等不同试验参数下超声振动对GCr15/45钢、Al2O3/Al2O3陶瓷等摩擦副的减摩抗磨性能的影响，研究了超声振动下n-SiO2、n-Al2O3、n-SiC、n-Cu、n-Fe3O4和n-Al2O3/n-SiO2添加剂的摩擦学性能变化规律，探讨了超声振动和纳米微粒耦合润滑下纳米微粒的超声润滑机理，提出了纳米微粒的超声润滑机理模型，具体研究成果如下：.（1）超声振动对润滑油的减摩抗磨性能的影响与其黏度有密切关系。超声振动可大幅改善低黏度润滑油的减摩抗磨性能，但对高黏度润滑油的减摩抗磨性能影响不显著。如在所选试验条件下，超声振动使6#白油和150BS油润滑时Al2O3/Al2O3陶瓷摩擦副摩擦因数分别减小了12.9%和4.6%，磨损体积分别减小了38.7%和11.6%，磨痕深度分别减小了10.4%和6.8%。.(2) 超声振动对不同陶瓷摩擦副减摩抗磨性能影响有显著差异，但超声振动不能改变摩擦副的磨损机理。超声振动可以减轻Si3N4/Al2O3陶瓷摩擦副、Al2O3/Si3N4陶瓷摩擦副和Al2O3/Al2O3陶瓷摩擦副的磨粒磨损，但加剧了Al2O3陶瓷/7A52摩擦副的的剥层磨损。.（3）超声振动对不同类型纳米微粒的摩擦学性能影响存在显著差异。在试验范围内，超声振动对n-SiO2和n-Al2O3添加剂的减摩抗磨性能有显著提高，但对n-Cu和n-Fe3O4添加剂的减摩抗磨性能产生不利影响。超声振动使n-Cu和n-Fe3O4添加剂的氧化性变得更强，容易引起润滑油的氧化失效，导致摩擦副间的摩擦磨损加剧。.（4）超声振动使n-Al2O3和n-SiO2复合添加剂的的协同效应更加显著，减摩抗磨性能更加优异。超声振动使n-Al2O3和n-SiO2复合添加剂在摩擦表面即能形成了一层复合薄膜，又能使纳米微粒发生滚动，使摩擦副之间由滑动摩擦变为滑动-滚动摩擦，使摩擦副的摩擦磨损进一步减小。如超声振动使0.3wt% n-Al2O3+0.5wt% n-SiO2复合添加剂的摩擦因数和体积磨损量分别降低了8%和24%。.(5) 纳米粒子对陶瓷摩擦副的超声润滑机理与金属摩擦副的超声润滑机理有很大差异。陶瓷摩擦副的超声润滑机理主要是“微滚珠”机理，而金属摩擦副的超声润滑