第十五届全国摩擦学大会暨全国青年摩擦学学术会议

137 / 2021-05-30 21:46:21

离子液体实现高载下钢/钢接触的水基宏观超滑

宏观超滑（COF < 0.01）被认为是能够降低机械设备的摩擦磨损，减少能量损失，保证生产安全的最有效方法之一。根据滑移界面间的介质种类分为固体超滑和液体超滑。固体超滑主要依赖于二维材料（如石墨，石墨烯，二硫化钼等）或超平整碳膜的非公度接触或弱相互作用实现超低摩擦，而且需要真空或特殊环境气氛。液体超滑主要依赖于低剪切强度的液体，主要包括多元醇及其水溶液。然而，目前宏观液体超滑依旧被限制在特殊摩擦副（如氮化硅/红宝石）和低的应用载荷（<10 N）。因此，我们发展了一种新型水基宏观超滑体系，首次实现了高应用载荷下（196 N）钢/钢接触的宏观超滑（COF≈0.004）。通过质子型离子液体在乙二醇水溶液中的水合离子化作用，降低乙二醇水溶液的剪切强度，同时加入羟基化氮化硼纳米片对金属表面进行抛光和自修复，形成光滑的滑移界面降低接触应力，并形成稳定的润滑膜，从而实现超滑。该超滑体系能够被应用在小于250 N和大于0.461 m/s的宽应用范围内，而且乙二醇可以被其他多元醇替代。通过分段实验和模拟计算结果表明，在摩擦过程中同时伴随着水合作用、摩擦化学反应、表面吸附和自修复、跑合期和稳定超滑等过程。此外，由于滑移界面间接触应力和表面粗糙度的变化，润滑状态从初始的边界润滑转变为混合润滑状态。这将极大地推动对高载下宏观超滑的认知和其工程化应用。