基于水合作用的超滑现象及机理研究

全世界一次性能源的1/3左右消耗于摩擦。因而润滑减摩是实现节能、减排的重要手段之一。超滑是指摩擦系数达到0.005甚至更小。据报道，目前超滑基本上是在特定的条件下或特殊的实验设备上才能实现，比如真空、氮气气氛、表面力仪等。超滑距离实际应用还有很远的距离。在近期的实验中，我们研制出一种醇类和酯类的混合水溶液，可以在大气环境和较大的接触压力下实现摩擦系数为0.003-0.005的超滑状态，具有极大的应用前景。本项目将在此基础上对基于水合作用的超滑现象进行更加深入、系统的研究。通过对超滑溶液配方、摩擦副材料、实验条件的研究，寻找最佳的超滑体系。通过对水溶液中各组分的相互作用以及各组分与摩擦副表面的相互作用的研究，探索水基超滑的机理。在此基础上，建立基于水合作用的水基超滑理论体系。并希望最终实现在大气环境下、具有实用价值的超滑技术。

全世界一次性能源的1/3 左右消耗于摩擦。因而润滑减摩是实现节能、减排的重要手段之一。超滑是指摩擦系数达到0.005 甚至更小。据报道，目前超滑基本上是在特定的条件下或特殊的实验设备上才能实现，比如真空、氮气气氛、表面力仪等。超滑距离实际应用还有很远的距离。在前期的实验中，我们研制出一种醇类和无机盐类的混合水溶液，可以在大气环境和较大的接触压力下实现摩擦系数为0.003-0.005的超滑状态。本项目在此基础上对基于水合作用的超滑现象进行更加深入、系统的研究。. 分析了影响摩擦力精确测量的因素，提出影响测量精度的主要因素有装配偏角、传感器单轴精度、传感器维间耦合，并给出了有效的误差消除方法。设计了微摩擦力测试平台，为超滑研究提供了硬件基础。. 发现了氮化硅/二氧化硅摩擦学在磷酸溶液润滑条件下，经短暂跑合实现摩擦系数0.004的超滑状态。对磷酸实现超滑的跑合阶段进行了深入的分析。将跑合分为两个阶段：第一阶段氢离子与摩擦副表面发生摩擦化学反应，导致摩擦副表面形成正电位。在第二阶段，随着溶液中水含量的减少，磷酸分子与水分子通过水合作用形成氢键网络，吸附在摩擦副表面形成胶状膜。摩擦副滑动时，剪切发生在胶状膜表面的水分子层之间，因而形成超滑状态。在此基础上建立了磷酸超滑模型。. 提出实现超滑的两个关键因素：氢离子诱导使得表面正电位和润滑剂分子能够与水分子形成氢键网络。以此为基础，将磷酸超滑推广到酸和甘油混合溶液超滑体系和酸和多羟基醇混合溶液超滑体系。当混合溶液的pH值小于2，甘油或多羟基醇浓度小于某一临界浓度时，经短期跑合摩擦系数可以降低到0.005以下，实现超滑。其超滑机理与磷酸超滑机理是一致的。研究还表明多羟基醇溶液和酸溶液混合后能够实现超滑的条件是：多羟基醇分子上羟基个数大于等于2个。而分子上碳原子个数以及羟基在碳链上的位置对超滑没有明显影响。