納米潤滑粒子與軋制變形表面互動作用及模型研究

《納米潤滑粒子與軋制變形表面互動作用及模型研究》是依託北京科技大學，由孫建林擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：納米潤滑粒子與軋制變形表面互動作用及模型研究
• 依託單位：北京科技大學
• 項目負責人：孫建林
• 項目類別：面上項目

項目摘要

添加納米粒子的軋制液已先於理論研究嘗試在板帶鋼軋制生產中使用，但納米粒子在軋制變形區的作用機理尚未明確，納米軋制液潤滑模型還未建立，成為阻礙納米潤滑技術進一步發展及套用的關鍵科學問題。本項目以納米軋制液為研究對象，首次建立納米軋制液潤滑模型，從摩擦學角度研究納米粒子的潤滑機理。首先確定納米粒子在軋制變形區的工作形態，分析納米粒子的粒徑、形貌和結構；接著明確軋制過程中納米粒子同變形金屬新生表面的互動作用機制，研究納米粒子在金屬新生表面發生的各種物理、化學相互作用；然後借鑑傳統乳化液潤滑油膜厚度、壓力模型，建立軋制變形區納米軋制液潤滑模型，分析納米膜厚度，納米粒子濃度、納米膜壓力等在軋制變形區的變化，探討納米膜形成機理及作用形式；揭示納米粒子的潤滑機理。該項目對研究納米潤滑技術具有直接的指導意義與推動作用，而且在節能減排方面也潛在著巨大經濟效益，具有極高的理論及套用價值。

結題摘要

隨著軋制過程向高溫、高負荷、高速方向的發展趨勢以及對產品質量要求的不斷提高，作為軋制關鍵技術之一的工藝潤滑也面臨著新的挑戰。傳統的潤滑劑已不能滿足市場的需求。隨著納米技術的出現，納米潤滑劑應運而生，納米軋制液已先於理論嘗試板帶鋼軋制生產中使用。然而納米粒子在軋制變形區的機理尚不明確，潤滑模型尚未建立。在此背景下，本課題首先進行了一系列的基礎性實驗，篩選出TiO2，MoS2，ZnO以及BN等納米粒子作為研究對象，通過FT-IR紅外光譜儀、Zeta電位儀、分光光度計和潤濕角測量儀等對納米粒子在軋制液中的分散穩定性及理化性能進行了探討，明確了納米粒子在軋制液中穩定分散、潤濕轉變以及“增黏”機制；使用MR-S10A四球摩擦磨損實驗機、MM-W1A型萬能摩擦磨損試驗機、Gleeble1500熱壓縮實驗機及四輥軋機對納米粒子在軋制液中的摩擦學性能進行了研究，確定了納米粒子在變形區的存在形式以及抗磨減摩機理；同時，運用SEM、TEM、XPS等手段對變形區進行了表征和分析，探明了納米粒子在軋制變形表面的互動作用機制：一方面納米粒子在未直接接觸區域提高了水基軋制液的流體潤滑性能和承載性能；另一方面納米粒子能夠沉積在氧化層表面，減少了氧化鐵皮微凸體與軋輥的直接接觸；基於雷諾方程，通過理論計算，得到了納米軋制液在入口區以及變形區的納米膜厚度模型，並提出了流/固兩相協同潤滑模型。項目資助執行期間，項目組共發表論文13篇，其中SCI收錄7篇，EI收錄5篇；申請專利6項，3項已授權；培養博士研究生4名，碩士研究生4名，其中2名博士研究生和4名碩士研究生已順利畢業。