水基納米液壓液抗磨減摩試驗(yàn)與分子動(dòng)力學(xué)模擬研究.pdf

1、水壓傳動(dòng)技術(shù)具有節(jié)能環(huán)保、價(jià)格低廉、阻燃安全等特點(diǎn)，是國(guó)際流體傳動(dòng)及控制領(lǐng)域前沿課題之一。但是，由于純水或水基液壓液存在成膜能力差、極限剪應(yīng)力低、潤(rùn)滑性能差等缺點(diǎn)，容易造成水壓傳動(dòng)摩擦副磨損加劇，進(jìn)而使容積效率降低及密封失效。本課題采用向水液壓液中添加納米顆粒方法以改善其抗磨減摩性能，針對(duì)水基納米液壓液進(jìn)行抗磨減摩試驗(yàn)研究，詳細(xì)分析水基納米液壓液潤(rùn)滑性能的影響因素，并通過(guò)納米尺度下的分子動(dòng)力學(xué)模擬進(jìn)一步研究水基納米液壓液抗磨減摩的作用機(jī)

2、理。
　　本文首先從水基納米液壓液的制備方法、分散性及黏度測(cè)試三個(gè)方面對(duì)水基納米液壓液進(jìn)行基礎(chǔ)性研究，為后續(xù)潤(rùn)滑試驗(yàn)的詳細(xì)分析建立必要的研究基礎(chǔ)。然后通過(guò)四球摩擦磨損試驗(yàn)和抗磨試驗(yàn)，在點(diǎn)、線接觸兩種不同摩擦副形式下，以及不同納米顆粒濃度、不同粒徑、不同納米顆粒種類條件下，對(duì)水基納米液壓液的抗磨減摩性能進(jìn)行全面考察，針對(duì)添加納米顆粒的水基液壓液在試驗(yàn)中表現(xiàn)出來(lái)的摩擦系數(shù)、磨斑形貌、磨損量、溫升等一系列行為變化進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。并利用LA

3、MMPS軟件對(duì)水基納米液壓液Couette流進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算，納米顆粒選擇5 nm銅粒子，水分子采用TIP3P模型，三種不同剪切速度分別為20 m/s、40 m/s和60 m/s，垂直作用在摩擦副上壁的四種不同壓力分別為10GPa、20GPa、30GPa及40GPa。
　　試驗(yàn)結(jié)果表明：（1）當(dāng)納米顆粒添加量較小時(shí)，納米粒子雖有一定的抗磨減摩效果，但效果未達(dá)到最佳；當(dāng)添加量增加時(shí)，這時(shí)納米顆?！皾L珠”效應(yīng)得到完全發(fā)揮，此時(shí)抗

4、磨減摩效果最佳，表現(xiàn)為摩擦系數(shù)最小；（2）當(dāng)添加量繼續(xù)增加時(shí)，納米顆粒容易相互作用后燒結(jié)成塊，使納米顆粒變大，成為雜質(zhì)而劃傷摩擦表面，這時(shí)摩擦系數(shù)將反而增加。只有當(dāng)納米顆粒的添加量達(dá)到最佳范圍時(shí)，才能使納米顆粒發(fā)揮出最佳抗磨減摩性能；（3）采用不同粒徑時(shí)，隨著納米顆粒濃度增加，磨損量都是先降后升，納米顆粒粒徑越大，對(duì)應(yīng)的最佳質(zhì)量濃度越??；（4）當(dāng)納米顆粒質(zhì)量濃度相同時(shí)，含氮化硼的水基納米液壓液的摩擦系數(shù)和磨損量高于含納米銅和納米二氧化硅

5、的水基納米液壓液，說(shuō)明納米銅和納米二氧化硅比較適合水基液壓液的納米潤(rùn)滑。
　　通過(guò)對(duì)水基納米液壓液潤(rùn)滑的分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果可知：（1）當(dāng)有壓力作用于摩擦副上壁時(shí)，上壁開始下移，摩擦間距明顯減小，但隨著時(shí)間的推移，摩擦間距逐漸趨于穩(wěn)定，說(shuō)明在極壓狀況下水基納米液壓液具有很好的承壓能力；隨著壓力越大，摩擦間距穩(wěn)定值越小，但穩(wěn)定值的減幅變??；同時(shí)，隨著壓力增大，穩(wěn)定時(shí)間也越長(zhǎng)；（2）摩擦間距隨著壓力增大均降低，但在相同的壓力下，剪切速度

6、對(duì)摩擦間距影響不明顯。當(dāng)顆粒數(shù)量增加時(shí)，摩擦間距隨之增大，說(shuō)明納米顆粒增強(qiáng)了水基納米液壓液的承載能力；（3）在不同顆粒數(shù)量情況下，其摩擦力均隨壓力增大而增大，且在壓力越大時(shí)，摩擦力增大速度越快；對(duì)于純水，其摩擦力隨剪切速度的變化趨勢(shì)有規(guī)律性，即摩擦力隨剪切速度的增大而增大，但是對(duì)于水基納米液壓液，其上壁所受到的摩擦力隨剪切速度變化的規(guī)律性消失；（4）在壓力較小情況下，摩擦力隨納米顆粒數(shù)量的增加而降低，但壓力較大時(shí)，增加納米顆粒會(huì)使摩擦力