一、邊界潤滑邊界潤滑定義物理吸附與化學吸附邊界潤滑模型,1.邊界潤滑定義由于潤滑分子與固體表面的相互作用而形成一層具有潤滑作用的界面膜在摩擦過程起主要潤滑作用，該種潤滑狀態(tài)叫邊界潤滑。采用不具有流體效應(yīng)的表面膜進行潤滑的工況叫邊界潤滑。表面吸附膜或反應(yīng)膜進行潤滑的工況叫邊界潤滑。,2.物理吸附與化學吸附物理吸附：當固體表面依靠范德華（VanderWaals）力與介質(zhì)中的液體或氣體分子相結(jié)合而形成定向排列的吸附層，這種吸附稱為物理吸附。特點：吸附分子與固體表面間不發(fā)生電子交換；物理吸附是可逆的。,固體表面與液體求氣體中的吸附分子間的結(jié)合鍵具有電子交換，此種吸附稱為化學吸附。如極性分子與金屬表面形成金屬皂，CnH2n+1COOM金屬2.物理吸附與化學吸附化學吸附:特點：化學吸附是不可逆的。,3.邊界潤滑模型自1922年Hardy提出邊界潤滑的概念以來邊界潤滑理論已有了較大的發(fā)展；先后出現(xiàn)了Bowden模型、Adamson模型、Kingsbury模型、Cameron模型、Cobblestone模型、混合模型等；最近已發(fā)展到分子行為和分子膜潤滑研究，并有重要應(yīng)用價值。,3.1Hardy模型－1922年Hardy，1864－1934，是生命學家，畢業(yè)于劍橋，是英國皇家學會生物方面的秘書，在研究膠體穩(wěn)定性和行為時，發(fā)現(xiàn)有一層極性吸附膜。給出了邊界潤滑的基本概念及吸附方式。提出了單分子層吸附膜的重要性?？梢越忉屵吔鐥l件下摩擦系數(shù)仍比較小以及摩擦系數(shù)與粘度關(guān)系不大等現(xiàn)象。特點：,3.1Hardy模型存在的問題是：未能考慮摩擦副的真實接觸狀態(tài)。2.有許多現(xiàn)象不能解釋：小載荷時摩擦系數(shù)隨載荷的增加而降低；在正常的邊界潤滑條件下，仍存在金屬的接觸。,3.2Bowden模型－1950年Bowden(1903－1965)，6個孩子中排行為第五，14歲時母親去世，主要靠父親培養(yǎng)，他的學習成績比較差，以至于高考未中，后來在私人教師的培養(yǎng)下，考上澳大利亞的大學，然后又到劍橋讀碩士，主要研究電化學和物理化學。1931年開始摩擦學研究（接觸問題），其主要貢獻是對Hardy模型的發(fā)展，與Tabor將一起，將Hardy的思想與Holm的真實接觸概念相結(jié)合，提出了Bowden模型、摩擦粘著機理等。后來轉(zhuǎn)入PTFE和滑雪研究，組建了建橋大學摩擦研究小組。,3.2Bowden模型－1950年F＝A[αSm+(1-α)Sf]A―表觀接觸面積；Sm－金屬剪切強度；Sf―潤滑膜剪切強度；α―金屬的接觸率；F―摩擦力。特點：提出了潤滑膜不連續(xù)的概念；提出了摩擦力二項式，該式一直延用至今；符合放射性示蹤法的測試結(jié)果，解釋了Hardy模型不能解釋的問題：①存在金屬接觸；②壓力增加接觸處趨于變形所需剪切能摩擦系數(shù),沒有考慮動態(tài)效應(yīng)，只是靜態(tài)模型。存在問題：未能給出金屬接觸面積與負荷的關(guān)系，即沒有考慮壓力效應(yīng)。不能解釋電導現(xiàn)象。即小負荷時，電導很小，電阻很大。但負荷加大，摩擦系數(shù)處于邊界潤滑范圍，即遠小于干接觸的摩擦系數(shù)，但是電導卻升到大致和非潤滑表面一樣，電阻很小。因此，出現(xiàn)了相互矛盾的結(jié)果。3.2Bowden模型－1950年,3.3Adamson模型－1960年認為只有在小負荷時，Bowden模型才能成立。在正常壓力下，金屬接觸區(qū)幾乎不變化，金屬的表面變形不足以將潤滑膜擠走。但卻足以使其有些壓縮，即施加機械壓力于膜上。Adamson在Bowden模型的基礎(chǔ)上，考慮了壓力的影響，給出了潤滑膜的加壓模型。在壓力作用下，液體的逃逸趨勢和蒸氣壓的增加，使一部分長鏈分子平躺著。,3.3Adamson模型特點：考慮了機械壓力的作用；可以解釋電導與摩擦系數(shù)矛盾的現(xiàn)象。載荷　　　間隙　　分子平躺：①減摩擦作用存在，②電擊穿，電導率上升；提出了凝聚態(tài)邊界膜潤滑效果的原因。存在問題：沒有考慮吸附分子與基體的作用力大小。沒有考慮吸附分子的動態(tài)效應(yīng)；,3.4Kingsbury模型－1958年1958年，Kingsbury[另一個Kingsbury(1863-1993)研究軸承]針對Bowden模型的缺點，提出了新的動態(tài)模型。將Bowden模型中的α定義為膜的破裂率：α＝（Ns-N）/Ns其中：Ns－固體表面可以吸附的分子總數(shù)；N－實際摩擦過程中吸附于表面的分子數(shù)量；α－潤滑膜的破裂率。vz,3.4Kingsbury模型認為吸附分子在固體表面上是停留、脫離的動態(tài)平衡過程。若粗糙峰以速度v移動一個分子間距z的時間為tz，吸附分子在固體表面的停留時間為tr，則有：α＝1－exp(-tz/tr)tz＝Z/vv　∞，tz0,α0速度很大，表面分子未逃逸就滑過去了。v0，tz∞，α1速度很低時，分子一旦離開，粗糙峰與基體的接觸就不會再分開。,3.4Kingsbury模型其中：E為吸附熱；R為氣體常數(shù)；T為絕對溫度；t0為與表面方向垂直的振動周期。當：tz>>tr時，α1運動速度很慢或分子在表面停留時間很短(如高溫、分子活性大).Tz<2nm)CSS實驗后磁頭、磁盤表面－厚膜,3)高結(jié)合力的自組裝分子膜研究思路：增強結(jié)合力，填補微空，防腐蝕。胡曉莉,1H,1H,2H,2H-全氟葵烷基三乙氧基硅烷CF3(CF2)7(CH2)2Si(OCH2CH3)3（簡稱FTE）3)高結(jié)合力的自組裝分子膜－形貌,3)自組裝分子膜－生長過程和規(guī)律(a)DLC表面,(b)1.5h，(c)12h，(d)24h，(e)36h，(f)48h,3)自組裝分子膜－膜厚和接觸角反應(yīng)時間36h時膜厚和接觸角值達到飽和，分別為1.2nm和110.5º,清洗對FTE自組裝膜膜厚和接觸角值的影響3)高結(jié)合力自組裝分子膜－抗清洗性能,3)高結(jié)合力自組裝分子膜－摩擦學性能10mM濃度時已制備FTE單層自組裝膜的磁頭第2萬次起停結(jié)果,化學名稱：全氟聚醚，簡稱PFPE化學結(jié)構(gòu)式：X-[(OCF2CF2)p-(OCF2)q]-O-X,p/q=2/3平均分子量：2000－4000g/mol端基-X：-CF3，非極性端基－Z-CF2CH2OH，極性端基－Zdol性能特點：低表面張力和小接觸角－易于鋪展流動化學和熱力學穩(wěn)定－減小降解概率低蒸發(fā)壓－減少氣泡產(chǎn)生與基體的高粘著作用－防止?jié)櫥瑒┝魇Я己玫臐櫥匦裕档湍Σ聊p4.PFPE膜分子動力學模擬李欣胡元中,采用粗?；榛赡Ｐ秃头肿觿恿W模擬研究PFPE潤滑膜的微觀結(jié)構(gòu)和遷移性質(zhì)，討論其對潤滑劑流動性、穩(wěn)定性和自修復能力的影響。4.1PFPE膜分子動力學模擬,靜態(tài)結(jié)構(gòu)在近壁面處：單分子密排層狀結(jié)構(gòu)在遠離壁面處：非極性PFPE膜恢復體相結(jié)構(gòu)極性PFPE膜形成二聚體結(jié)構(gòu)PFPE膜靜態(tài)結(jié)構(gòu)-模擬結(jié)果4.1PFPE膜分子動力學模擬,PFPE納米液滴的鋪展過程非極性PFPE極性PFPE4.1PFPE膜分子動力學模擬,三種分子運動：滑落、擴散、填補鋪展截面形狀：1）臺階形前驅(qū)膜2）帽形輪廓極性端基作用1）阻礙分子滑落導致直立帽形結(jié)構(gòu)2）端基作用導致層間摩擦力限制了上層分子擴展速度4.1PFPE膜分子動力學模擬,4.2PFPE膜分子模型磁盤表面潤滑分子遷移流動示意圖,謝謝！