电控摩擦现象的电化学机理和实验研究
发布时间：2023-10-03 23:57
外加电压引起水溶液中陶瓷/金属摩擦副摩擦系数变化的电控摩擦现象是近年来发现并引起关注的一个摩擦学问题。为搞清电控摩擦的机理,本文首先详细实验考察了不同条件下摩擦系数随外加电压的变化及其响应速度,然后使用电化学和显微拉曼分析等手段对电控摩擦的可能机理进行了实验研究,最后以电极过程动力学和吸附机理为基础,建立了电控摩擦的定量分析模型,并尝试将电控摩擦技术应用于摩擦离合器中。对电控摩擦现象的研究结果表明,润滑液的种类和浓度等因素主要通过改变溶液电流的途径来影响电控摩擦现象。 对电控摩擦的响应特性研究结果表明,随着溶液的选用与电极布置方式的进步,摩擦系数随外电压上升而增大的响应时间可降低到0.5秒以下,随外电压下降而恢复的响应时间可降低到2秒以下。 通过选用电化学中的循环伏安法研究金属表面在摩擦系数变化过程中的电化学反应,用恒电极电势法研究摩擦系数与电极电势之间的关系,以及使用显微共焦拉曼光谱分析金属表面在通断电过程和不同电压时的电化学反应和有机离子吸脱附变化,结果表明电控摩擦现象是金属表面析氢反应和有机离子吸脱附共同作用的结果。应用电极过程动力学知识分析电控摩擦过程中金属表面的电化学反应,应...
【文章页数】：194 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 问题的提出
1.3 滑动摩擦理论
1.3.1 机械啮合理论
1.3.2 分子作用理论
1.3.3 粘着理论
1.3.4 摩擦二项式定律
1.4 摩擦电现象及机理研究
1.4.1 自生电势机理
1.4.2 表面转移膜理论
1.4.3 静电力作用理论
1.4.4 电粘效应
1.4.5 物理吸附膜理论
1.4.6 化学吸附膜理论
1.4.7 化学反应膜理论
1.4.8 电化学双电层影响
1.5 陶瓷水润滑
1.6 吸附机理及边界润滑简介
1.6.1 吸附机理及计算
1.6.2 边界润滑
1.7 电化学研究方法及模型
1.8 本课题的意义及论文的主要内容
1.8.1 课题的意义
1.8.2 论文的主要内容
第2章 试验装置及步骤
2.1 概述
2.2 改装的Falex 电控摩擦实验台
2.2.1 Falex 通用摩擦磨损试验机简介
2.2.2 改装的Falex 电控摩擦实验台简介
2.2.3 摩擦副材料
2.2.4 辅助电极布置方式
2.2.5 润滑液
2.2.6 电压的施加方式
2.2.7 测试系统及标定
2.2.8 实验方法及步骤
2.3 响应测试实验台
2.3.1 响应测试实验台的结构
2.3.2 响应测试实验台的标定
2.3.3 系统响应时间分析
2.3.4 响应实验方法及步骤
2.4 本章小结
第3章 电控摩擦的影响因素
3.1 概述
3.2 单次实验的数据处理方法及处理结果
3.3 润滑液对电控摩擦的影响
3.3.1 无长链有机离子基团润滑液的电控摩擦现象
3.3.2 不同链长相同亲水基润滑液的电控摩擦现象
3.3.3 含硬脂酸根润滑液的电控摩擦现象
3.3.4 同链长不同亲水基润滑液的电控摩擦现象
3.4 浓度对电控摩擦现象的影响
3.5 溶液掺杂对电控摩擦现象的影响
3.5.1 强酸盐掺杂强溶解表面活性剂
3.5.2 强酸盐掺杂弱溶解表面活性剂
3.5.3 弱酸盐掺杂弱溶解表面活性剂
3.6 输入轴转动速度对电控摩擦现象的影响
3.7 摩擦副接触点对电控摩擦现象的影响
3.8 摩擦副的影响
3.9 本章小结
第4章 电控摩擦的响应研究
4.1 概述
4.2 单次响应测试实验的数据处理方法和结果
4.3 水基溶液对电控摩擦响应的影响
4.3.1 不同水基溶液中的电控摩擦系数
4.3.2 不同水基溶液中的电控摩擦响应时间
4.4 溶液浓度对电控摩擦响应的影响
4.4.1 不同浓度下的电控摩擦系数
4.4.2 不同浓度下的电控摩擦响应时间
4.5 转动（搅拌）速度对电控摩擦响应的影响
4.5.1 不同速度下的电控摩擦系数
4.5.2 不同速度下的电控摩擦响应时间
4.6 摩擦副材料对电控摩擦响应的影响
4.6.1 不锈钢/氮化硅摩擦副的摩擦系数
4.6.2 不锈钢/氮化硅摩擦副的响应时间
4.7 本章小结
第5章 电控摩擦机理的实验研究
5.1 概述
5.2 金属表面电化学研究
5.2.1 循环伏安法简介
5.2.2 循环伏安法实验
5.2.1.1 静态循环伏安法
5.2.1.2 与Falex 相结合的循环伏安法摩擦实验
5.2.1.3 其他几种溶液的循环伏安法摩擦实验
5.2.3 电极电势与摩擦系数的关系
5.3 金属电极/溶液界面分析
5.3.1 基本物质拉曼图谱
5.3.2 通断电过程中金属表面拉曼图谱
5.3.3 不同电压下的金属表面拉曼图谱
5.3.4 时间效应
5.3.5 铁基金属的拉曼实验
5.4 电控摩擦机理综述
5.5 本章小结
第6章 电控摩擦的的机理分析
6.1 概述
6.2 电控摩擦机理综述
6.2.1 金属/溶液界面分析
6.2.1.1 金属/溶液界面理论
6.2.1.2 电控摩擦金属/溶液界面
6.2.2 电控摩擦模型
6.3 电控摩擦电化学部分模型
6.3.1 电极电势与溶液电流关系
6.3.1.1 氢析出机理简介
6.3.1.2 表面电化学反应控制步骤的确定
6.3.1.3 氢析出反应机理的验证
6.3.2 溶液电流与外电压的关系
6.3.2.1 双电极体系和三电极体系中各电压之间的关系
6.3.2.2 外电压和溶液电流之间的关系
6.3.2.3 溶液电阻的影响
6.3.3 溶液电流与析氢反应表面覆盖度之间的关系
6.3.3.1 氢氧根离子对摩擦系数的影响
6.3.3.2 溶液电流与氢氧根离子表面覆盖度之间的关系
6.4 稳态电控摩擦有机离子在金属表面吸附阶段模型
6.4.1 吸附理论
6.4.1.1 界面吸附理论
6.4.1.2 影响表面活性剂在固体上吸附的因素
6.4.2 金属界面有机离子吸附分析
6.5 摩擦系数模型
6.5.1 金属摩擦副状态
6.5.2 摩擦系数模型
6.5.3 摩擦系数模型的模拟计算
6.5.4 摩擦系数模型的不足与可能修正
6.5.5 摩擦系数模型对其他电控摩擦现象的模拟
6.6 电控摩擦模型对电控摩擦现象的解释
6.7 非稳态电控摩擦模型
6.7.1 非稳态电控摩擦与稳态电控摩擦的共同点与区别
6.7.2 平面电极上的非稳态扩散过程理论
6.7.3 施加电压瞬间非稳态电控摩擦模型
6.7.4 恢复过程的非稳态电控摩擦模型
6.7.5 非稳态电控摩擦模型的不足
6.7.6 对非稳态电控摩擦现象的解释
6.7.6.1 施加电压瞬间非稳态模型对上升响应时间的解释
6.7.6.2 恢复过程非稳态模型对下降响应时间的解释
6.8 本章小结
第7章 电控摩擦的初步应用研究
7.1 概述
7.2 离合器背景知识
7.3 磨损对电控摩擦应用的影响
7.4 电控摩擦离合器装置设计
7.4.1 电控摩擦离合器啮合实验装置
7.4.2 电控摩擦离合器滑动实验装置
7.5 电控摩擦离合器实验研究
7.5.1 电控摩擦离合器滑动实验研究
7.5.1.1 单次实验中的结果
7.5.1.2 力矩增量随电压的变化
7.5.1.3 力矩增量随正压力的变化
7.5.1.4 力矩增量随辅助电极面积的变化
7.5.2 电控摩擦离合器啮合实验研究
7.5.2.1 摩擦力矩随电压的变化
7.5.2.2 摩擦力矩随速度的变化
7.5.2.3 不同金属对摩擦力矩的影响
7.5.3 滑动实验和啮合实验的比较
7.6 电控摩擦应用研究的基本设计准则
7.7 本章小结
第8章 结论与展望
8.1 主要工作与结论
8.2 创新点
8.3 建议与展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果
本文编号：3850907
【文章页数】：194 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 问题的提出
1.3 滑动摩擦理论
1.3.1 机械啮合理论
1.3.2 分子作用理论
1.3.3 粘着理论
1.3.4 摩擦二项式定律
1.4 摩擦电现象及机理研究
1.4.1 自生电势机理
1.4.2 表面转移膜理论
1.4.3 静电力作用理论
1.4.4 电粘效应
1.4.5 物理吸附膜理论
1.4.6 化学吸附膜理论
1.4.7 化学反应膜理论
1.4.8 电化学双电层影响
1.5 陶瓷水润滑
1.6 吸附机理及边界润滑简介
1.6.1 吸附机理及计算
1.6.2 边界润滑
1.7 电化学研究方法及模型
1.8 本课题的意义及论文的主要内容
1.8.1 课题的意义
1.8.2 论文的主要内容
第2章 试验装置及步骤
2.1 概述
2.2 改装的Falex 电控摩擦实验台
2.2.1 Falex 通用摩擦磨损试验机简介
2.2.2 改装的Falex 电控摩擦实验台简介
2.2.3 摩擦副材料
2.2.4 辅助电极布置方式
2.2.5 润滑液
2.2.6 电压的施加方式
2.2.7 测试系统及标定
2.2.8 实验方法及步骤
2.3 响应测试实验台
2.3.1 响应测试实验台的结构
2.3.2 响应测试实验台的标定
2.3.3 系统响应时间分析
2.3.4 响应实验方法及步骤
2.4 本章小结
第3章 电控摩擦的影响因素
3.1 概述
3.2 单次实验的数据处理方法及处理结果
3.3 润滑液对电控摩擦的影响
3.3.1 无长链有机离子基团润滑液的电控摩擦现象
3.3.2 不同链长相同亲水基润滑液的电控摩擦现象
3.3.3 含硬脂酸根润滑液的电控摩擦现象
3.3.4 同链长不同亲水基润滑液的电控摩擦现象
3.4 浓度对电控摩擦现象的影响
3.5 溶液掺杂对电控摩擦现象的影响
3.5.1 强酸盐掺杂强溶解表面活性剂
3.5.2 强酸盐掺杂弱溶解表面活性剂
3.5.3 弱酸盐掺杂弱溶解表面活性剂
3.6 输入轴转动速度对电控摩擦现象的影响
3.7 摩擦副接触点对电控摩擦现象的影响
3.8 摩擦副的影响
3.9 本章小结
第4章 电控摩擦的响应研究
4.1 概述
4.2 单次响应测试实验的数据处理方法和结果
4.3 水基溶液对电控摩擦响应的影响
4.3.1 不同水基溶液中的电控摩擦系数
4.3.2 不同水基溶液中的电控摩擦响应时间
4.4 溶液浓度对电控摩擦响应的影响
4.4.1 不同浓度下的电控摩擦系数
4.4.2 不同浓度下的电控摩擦响应时间
4.5 转动（搅拌）速度对电控摩擦响应的影响
4.5.1 不同速度下的电控摩擦系数
4.5.2 不同速度下的电控摩擦响应时间
4.6 摩擦副材料对电控摩擦响应的影响
4.6.1 不锈钢/氮化硅摩擦副的摩擦系数
4.6.2 不锈钢/氮化硅摩擦副的响应时间
4.7 本章小结
第5章 电控摩擦机理的实验研究
5.1 概述
5.2 金属表面电化学研究
5.2.1 循环伏安法简介
5.2.2 循环伏安法实验
5.2.1.1 静态循环伏安法
5.2.1.2 与Falex 相结合的循环伏安法摩擦实验
5.2.1.3 其他几种溶液的循环伏安法摩擦实验
5.2.3 电极电势与摩擦系数的关系
5.3 金属电极/溶液界面分析
5.3.1 基本物质拉曼图谱
5.3.2 通断电过程中金属表面拉曼图谱
5.3.3 不同电压下的金属表面拉曼图谱
5.3.4 时间效应
5.3.5 铁基金属的拉曼实验
5.4 电控摩擦机理综述
5.5 本章小结
第6章 电控摩擦的的机理分析
6.1 概述
6.2 电控摩擦机理综述
6.2.1 金属/溶液界面分析
6.2.1.1 金属/溶液界面理论
6.2.1.2 电控摩擦金属/溶液界面
6.2.2 电控摩擦模型
6.3 电控摩擦电化学部分模型
6.3.1 电极电势与溶液电流关系
6.3.1.1 氢析出机理简介
6.3.1.2 表面电化学反应控制步骤的确定
6.3.1.3 氢析出反应机理的验证
6.3.2 溶液电流与外电压的关系
6.3.2.1 双电极体系和三电极体系中各电压之间的关系
6.3.2.2 外电压和溶液电流之间的关系
6.3.2.3 溶液电阻的影响
6.3.3 溶液电流与析氢反应表面覆盖度之间的关系
6.3.3.1 氢氧根离子对摩擦系数的影响
6.3.3.2 溶液电流与氢氧根离子表面覆盖度之间的关系
6.4 稳态电控摩擦有机离子在金属表面吸附阶段模型
6.4.1 吸附理论
6.4.1.1 界面吸附理论
6.4.1.2 影响表面活性剂在固体上吸附的因素
6.4.2 金属界面有机离子吸附分析
6.5 摩擦系数模型
6.5.1 金属摩擦副状态
6.5.2 摩擦系数模型
6.5.3 摩擦系数模型的模拟计算
6.5.4 摩擦系数模型的不足与可能修正
6.5.5 摩擦系数模型对其他电控摩擦现象的模拟
6.6 电控摩擦模型对电控摩擦现象的解释
6.7 非稳态电控摩擦模型
6.7.1 非稳态电控摩擦与稳态电控摩擦的共同点与区别
6.7.2 平面电极上的非稳态扩散过程理论
6.7.3 施加电压瞬间非稳态电控摩擦模型
6.7.4 恢复过程的非稳态电控摩擦模型
6.7.5 非稳态电控摩擦模型的不足
6.7.6 对非稳态电控摩擦现象的解释
6.7.6.1 施加电压瞬间非稳态模型对上升响应时间的解释
6.7.6.2 恢复过程非稳态模型对下降响应时间的解释
6.8 本章小结
第7章 电控摩擦的初步应用研究
7.1 概述
7.2 离合器背景知识
7.3 磨损对电控摩擦应用的影响
7.4 电控摩擦离合器装置设计
7.4.1 电控摩擦离合器啮合实验装置
7.4.2 电控摩擦离合器滑动实验装置
7.5 电控摩擦离合器实验研究
7.5.1 电控摩擦离合器滑动实验研究
7.5.1.1 单次实验中的结果
7.5.1.2 力矩增量随电压的变化
7.5.1.3 力矩增量随正压力的变化
7.5.1.4 力矩增量随辅助电极面积的变化
7.5.2 电控摩擦离合器啮合实验研究
7.5.2.1 摩擦力矩随电压的变化
7.5.2.2 摩擦力矩随速度的变化
7.5.2.3 不同金属对摩擦力矩的影响
7.5.3 滑动实验和啮合实验的比较
7.6 电控摩擦应用研究的基本设计准则
7.7 本章小结
第8章 结论与展望
8.1 主要工作与结论
8.2 创新点
8.3 建议与展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果
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