5CB液晶摩擦特性及机理研究
发布时间：2024-04-26 04:20
采用新型润滑方法,进一步降低摩擦系数并减缓磨损,实现节能减排,不仅能取得显著的社会和经济效益,也是走新型工业化道路、实现可持续发展及建设生态文明的重要途径。因此如何利用新的润滑方法在传统润滑的基础上进一步减小摩擦和减缓磨损是当前亟需解决的问题。液晶是一种性能优良的润滑介质,有比传统润滑剂更低的摩擦系数和更高的承载能力,进一步降低液晶润滑剂的摩擦系数,探索实现液晶更低摩擦系数的条件和机理有重要的理论与现实意义。本文以GCr15钢球和圆盘为摩擦副,以具有扁平结构联苯氰基刚性链端和短烷基链柔性链端的戊基联苯氰(5CB)液晶作为润滑剂,研究了 5CB液晶的摩擦特性及乙酰丙酮磨合的影响。通过总结实现液体低摩擦的共同特性,选择可与摩擦副表面金属及其氧化物发生缓慢螯合反应的乙酰丙酮作为磨合剂。乙酰丙酮与摩擦表面之间的化学反应加快了磨合期的钢球磨损,形成了具有均匀浅沟槽的磨损表面,反应生成物为Fe(acac)3及少量Cr(acac)3。乙酰丙酮磨合显著降低了 5CB液晶的摩擦系数,载荷为5 N、速度为0.36 m/s时,磨合后的摩擦系数由未经磨合的0.055下降至0.013,下降幅度达76.4%。乙酰...
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 实现液体润滑低摩擦的研究概述
1.2.1 酸和酸的混合液
1.2.2 甘油及其混合溶液
1.2.3 液晶
1.2.4 其他液体
1.3 流体润滑和液晶的分子动力学模拟研究现状
1.3.1 流体润滑的分子动力学模拟
1.3.2 液晶的分子动力学模拟
1.4 论文主要研究内容
第二章 润滑体系选择及乙酰丙酮磨合过程
2.1 润滑体系选择
2.1.1 实现液体润滑低摩擦的一般共性
2.1.2 摩擦副和液晶的选择
2.1.3 磨合剂的选择
2.2 乙酰丙酮磨合过程研究
2.2.1 实验材料、设备与方法
2.2.2 磨合过程中的摩擦系数
2.2.3 磨合后的钢球磨损
2.2.4 磨合反应生成物分析
2.3 本章小结
第三章 乙酰丙酮磨合致5CB液晶低摩擦特性
3.1 实验材料、设备与方法
3.1.1 摩擦系数的准确测量
3.1.2 实验材料
3.1.3 实验仪器和方法
3.2 磨合对摩擦性能的影响
3.2.1 磨合对摩擦系数的影响
3.2.2 磨合对钢球磨损的影响
3.2.3 磨合对圆盘磨损的影响
3.3 钢球磨损表面的参数化表征
3.3.1 与摩擦和润滑相关的表面参数
3.3.2 钢球磨损表面的参数分析
3.4 磨屑分析
3.4.1 磨屑形貌
3.4.2 磨屑的元素组成
3.5 实验条件对乙酰丙酮磨合后5CB摩擦性能的影响
3.5.1 转速对摩擦系数的影响
3.5.2 载荷对摩擦性能的影响
3.5.3 磨合时间对润滑性能的影响
3.6 本章小结
第四章 Fe表面间5CB液晶的分子动力学模拟
4.1 分子动力学软件和力场
4.1.1 分子动力学软件和后处理工具
4.1.2 5CB液晶力场
4.1.3 Fe力场
4.2 5CB液晶力场的有效性验证
4.2.1 模型建立
4.2.2 模拟设置和数据处理
4.2.3 验证模型的序参数
4.3 5CB液晶在Fe表面间的静态锚定模拟
4.3.1 模型建立
4.3.2 模拟设置和数据处理
4.3.3 表面锚定对5CB分子排列的影响
4.3.4 表面锚定对5CB空间分布的影响
4.3.5 表面锚定对5CB扩散性能的影响
4.4 5CB液晶在Fe表面间的动态摩擦模拟
4.4.1 模型建立
4.4.2 模拟设置和数据处理
4.4.3 滑动剪切对5CB分子排列的影响
4.4.4 滑动剪切对5CB空间分布的影响
4.4.5 5CB液晶的速度分布
4.4.6 摩擦系数
4.5 本章小结
第五章 5CB液晶低摩擦实现机理探索
5.1 实验材料、仪器和方法
5.2 乙酰丙酮磨合在5CB液晶低摩擦中的作用
5.2.1 低接触压强的作用
5.2.2 类织构磨损表面的作用
5.2.3 鳌合反应生成物Fe(acac)3的作用
5.3 磨损表面上的5CB液晶表征
5.3.1 拉曼光谱
5.3.2 XPS分析
5.4 5CB液晶的流变特性
5.4.1 稳态粘度
5.4.2 动态特性
5.5 乙酰丙酮磨合致5CB液晶低摩擦机理分析
5.5.1 液晶基本理论
5.5.2 5CB液晶低摩擦的实现机理
5.6 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 研究展望
附录
参考文献
致谢
攻读傅士学位期间的科研成果及获得奖励
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：3964702
【文章页数】：151 页
【学位级别】：博士
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摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 实现液体润滑低摩擦的研究概述
1.2.1 酸和酸的混合液
1.2.2 甘油及其混合溶液
1.2.3 液晶
1.2.4 其他液体
1.3 流体润滑和液晶的分子动力学模拟研究现状
1.3.1 流体润滑的分子动力学模拟
1.3.2 液晶的分子动力学模拟
1.4 论文主要研究内容
第二章 润滑体系选择及乙酰丙酮磨合过程
2.1 润滑体系选择
2.1.1 实现液体润滑低摩擦的一般共性
2.1.2 摩擦副和液晶的选择
2.1.3 磨合剂的选择
2.2 乙酰丙酮磨合过程研究
2.2.1 实验材料、设备与方法
2.2.2 磨合过程中的摩擦系数
2.2.3 磨合后的钢球磨损
2.2.4 磨合反应生成物分析
2.3 本章小结
第三章 乙酰丙酮磨合致5CB液晶低摩擦特性
3.1 实验材料、设备与方法
3.1.1 摩擦系数的准确测量
3.1.2 实验材料
3.1.3 实验仪器和方法
3.2 磨合对摩擦性能的影响
3.2.1 磨合对摩擦系数的影响
3.2.2 磨合对钢球磨损的影响
3.2.3 磨合对圆盘磨损的影响
3.3 钢球磨损表面的参数化表征
3.3.1 与摩擦和润滑相关的表面参数
3.3.2 钢球磨损表面的参数分析
3.4 磨屑分析
3.4.1 磨屑形貌
3.4.2 磨屑的元素组成
3.5 实验条件对乙酰丙酮磨合后5CB摩擦性能的影响
3.5.1 转速对摩擦系数的影响
3.5.2 载荷对摩擦性能的影响
3.5.3 磨合时间对润滑性能的影响
3.6 本章小结
第四章 Fe表面间5CB液晶的分子动力学模拟
4.1 分子动力学软件和力场
4.1.1 分子动力学软件和后处理工具
4.1.2 5CB液晶力场
4.1.3 Fe力场
4.2 5CB液晶力场的有效性验证
4.2.1 模型建立
4.2.2 模拟设置和数据处理
4.2.3 验证模型的序参数
4.3 5CB液晶在Fe表面间的静态锚定模拟
4.3.1 模型建立
4.3.2 模拟设置和数据处理
4.3.3 表面锚定对5CB分子排列的影响
4.3.4 表面锚定对5CB空间分布的影响
4.3.5 表面锚定对5CB扩散性能的影响
4.4 5CB液晶在Fe表面间的动态摩擦模拟
4.4.1 模型建立
4.4.2 模拟设置和数据处理
4.4.3 滑动剪切对5CB分子排列的影响
4.4.4 滑动剪切对5CB空间分布的影响
4.4.5 5CB液晶的速度分布
4.4.6 摩擦系数
4.5 本章小结
第五章 5CB液晶低摩擦实现机理探索
5.1 实验材料、仪器和方法
5.2 乙酰丙酮磨合在5CB液晶低摩擦中的作用
5.2.1 低接触压强的作用
5.2.2 类织构磨损表面的作用
5.2.3 鳌合反应生成物Fe(acac)3的作用
5.3 磨损表面上的5CB液晶表征
5.3.1 拉曼光谱
5.3.2 XPS分析
5.4 5CB液晶的流变特性
5.4.1 稳态粘度
5.4.2 动态特性
5.5 乙酰丙酮磨合致5CB液晶低摩擦机理分析
5.5.1 液晶基本理论
5.5.2 5CB液晶低摩擦的实现机理
5.6 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 研究展望
附录
参考文献
致谢
攻读傅士学位期间的科研成果及获得奖励
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：3964702
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/gckjbs/3964702.html