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高水基乳化液成膜特性及机理研究

来源:马丽然 浏览 481 次 发布时间:2022-11-09

水基润滑液由于其良好的应用前景被广泛应用于制造业、生物润滑及微型机械等领域。与传统油润滑不同,水基润滑特性及机理均有待进一步研究和完善。以水包油(O/W)型乳化液为例,虽然已广泛应用于金属加工领域,但对其成膜机理的研究至今尚无定论,有待进一步深入研究。


本文的主要工作之一是研制了适用于水基润滑研究的测试系统,并对测量方法(相对光强法)进行了分析、验证和改进。纳米级水基润滑膜厚摩擦综合测试系统实现了不同滑滚比下纳米级润滑膜的实时观测及膜厚的自动精确定位测量、加载及转动的自动控制和调节、操作系统的人性化和自动化等功能,该系统具有较高的分辨率和测量精度,为水基润滑特性及机理的研究奠定了基础。对含有微量油水的成膜特性的研究结果表明,即便水中含有极微量的油时(1×10~(-3)vol%),其成膜能力仍远高于传统弹流润滑理论所预测的纯水成膜能力。


本文通过对油水分子在固体界面上竞争行为的分析,利用竞争润湿的理论,对上述现象的机理进行了分析,并对不同固体表面及供液方式对微量油润滑的影响进行研究。设计了微量油润滑的作用方式,为微量油润滑的可行性提供了实验依据。在对O/W型乳化液成膜特性的研究中,针对具有不同参数的乳化液进行试验,结果表明,乳化液成膜特性与供液方式、运动速度、乳化剂浓度及油浓度密切相关。在对其成膜机理的研究中,以超低浓度乳化液为研究对象,发现乳化液的临界速度随乳化液浓度变化发生变化,结合对接触区附近乳化液液滴行为的观测,提出二次乳化机理,并建立理论模型进行验证。


提出乳化液膜厚的下降并非单纯由传统理论提出的乏油作用引起,乳化液本体对固体表面油层的二次乳化效应在其成膜中起到了很大作用。对液滴在接触区附近行为的观测为乳化液成膜机理的研究提供了实验基础。通过大量实验和理论研究深入地分析了乳化液的成膜机理。此外,0.0005%浓度乳化液在一定条件下形成高达100nm润滑膜的结果也为微量油润滑的可行性提供了有力的依据。