润滑剂、摩擦副及控制摩擦副之间摩擦系数的方法 |
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| 申请号 | CN201310002692.9 | 申请日 | 2013-01-05 | 公开(公告)号 | CN103075628A | 公开(公告)日 | 2013-05-01 |
| 申请人 | 清华大学; | 发明人 | 孟永钢; 阳小勇; 田煜; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了 润滑剂 、 摩擦副 及控制摩擦副之间 摩擦系数 的方法。其中，控制摩擦副之间摩擦系数的方法中，该摩擦副包括第一摩擦件和第二摩擦件，该方法包括：在第一摩擦件和第二摩擦件之间施加润滑剂；通过该润滑剂向第一摩擦件施加电位；以及通过控制电位，控制该第一摩擦件和第二摩擦件之间的摩擦系数。其中，该润滑剂包括： 碳 酸丙烯酯；以及添加剂，该添加剂为选自阳离子 表面活性剂 、阴离子表面活性剂和两性离子表面活性剂的至少一种。该方法简便易行，可适用的 载荷 速度范围大，利用该方法能够有效地控制摩擦副之间的摩擦系数，并且能够有效延缓甚至避免该摩擦副的摩擦件发生电化学 腐蚀 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种控制摩擦副之间摩擦系数的方法，所述摩擦副包括第一摩擦件和第二摩擦件，其特征在于，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 润滑剂、摩擦副及控制摩擦副之间摩擦系数的方法技术领域[0001] 本发明涉及机电技术领域，具体地，本发明特别涉及润滑剂、摩擦副及控制摩擦副之间摩擦系数的方法。 背景技术[0002] 摩擦和磨损是机器运行中的普遍现象，摩擦特性主要受摩擦副材料、润滑状态、速度、载荷等因素影响。在长期生产实践中，人们对摩擦的认识不断提高，各种利用或抑制摩擦的发明应运而生，例如带传动技术，滚动轴承，等等。这些技术均属于被动控制摩擦技术，相关摩擦部件的摩擦特性在使用前已经由特定的设计和制造技术决定。 [0003] 在摩擦离合器等应用场合，摩擦件在运行中必须随时控制摩擦力大小。被动控制摩擦技术不能满足以上需求，故有必要开发主动控制摩擦技术。国内外科技人员围绕在线 主动控制摩擦技术，特别是外加电场控制摩擦技术，开展了许多研究工作。然而，目前的主动控制摩擦技术研究仍然面临众多问题，例如：采用的润滑剂为水溶液时，金属摩擦件在其中很容易发生腐蚀；通过电化学反应来实现电控摩擦目的时，金属摩擦件在电化学作用下 不断被腐蚀；施加的外加电压高达10－20V时，会导致水溶液发生氢析出反应，从而引起润滑剂的较大消耗；采用表面活性剂水溶液作为润滑剂时，金属摩擦件长时间浸润在表面活 性剂水溶液中表面也容易被腐蚀。 [0004] 因此，现有的外加电场控制摩擦技术均存在一定的局限性。目前，迫切需要发展一种能够延缓甚至避免金属摩擦件腐蚀、所适用的载荷速度范围较大的电控摩擦用润滑剂以及电控摩擦方法，从而满足机械工程应用的需求。 发明内容[0006] 由此，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种控制摩擦副之间摩擦系数的方法，其中该摩擦副包括第一摩擦件和第二摩擦件。根据本发明的实施例，该方法包括：在第一摩擦件和第二摩擦件之间施加润滑剂；通过该润滑剂向第一摩擦件施加电位；以及通过 控制电位，控制该第一摩擦件和第二摩擦件之间的摩擦系数，其中，该润滑剂包括：碳酸丙烯酯；以及添加剂，该添加剂为选自阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和两性离子表面活性剂的至少一种。 [0007] 发明人惊奇地发现，本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法，简便易行，可适用的载荷速度范围大，实用性佳，并且能够有效延缓甚至避免该摩擦副的摩擦件发生电化学腐蚀，进而，利用该方法，能够高效、安全、灵敏地控制摩擦副之间的摩擦系数，从而该方法能够广泛应用于摩擦离合器等需要在线主动控制摩擦的领域。 [0008] 另外，本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法还具有以下附加技术特征： [0010] 根据本发明的一个实施例，润滑剂为浓度为0.1mM、0.5mM、1mM或2mM的十二烷基硫酸钠的碳酸丙烯酯溶液。其中，需要说明的是，在本文中所使用的表达方式“十二烷基硫酸钠的碳酸丙烯酯溶液”是指该溶液以十二烷基硫酸钠为溶质，以碳酸丙烯酯为溶剂，其浓度是指该溶液中溶质十二烷基硫酸钠的浓度。 [0011] 根据本发明的一个实施例，在将该润滑剂施加至该第一摩擦件和第二摩擦件之间之前，于40～50摄氏度下对该润滑剂进行超声处理。由此，使润滑剂中的添加剂即表面活 性剂完全溶解于碳酸丙烯酯中。 [0012] 根据本发明的一个实施例，该第一摩擦件为金属件，第二摩擦件为金属件或陶瓷件。 [0013] 根据本发明的一个实施例，由工作电极、对电极和参比电极构成的三电极体系通过该润滑剂向第一摩擦件施加电位，其中，将第一摩擦件作为工作电极，该对电极由惰性材料制成，以及该参比电极为该工作电极提供电位通道，该对电极为该工作电极提供电流通 道。由此，能够通过控制工作电极（第一摩擦件）的电极电位变化，有效实现在线主动控制摩擦副之间的摩擦系数变化。 [0014] 根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种润滑剂。根据本发明的实施例，该润滑剂包括：碳酸丙烯酯；以及添加剂，该添加剂为选自阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和两性离子表面活性剂的至少一种。发明人惊奇地发现，本发明的润滑剂能够有效地用于电控摩擦技术以便控制摩擦副之间的摩擦系数，并且其所适用的载荷速度范围较大，适 用性好，能够有效延缓甚至避免摩擦副的摩擦件发生电化学腐蚀。具体地，根据本发明的实施例，将本发明的润滑剂施加于摩擦副的两个摩擦件之间，能够通过控制浸于该润滑剂的 第一摩擦件的电极电位变化来有效控制摩擦副之间的摩擦系数变化。并且，相对于现有的 用于电控摩擦技术的润滑剂，本发明的润滑剂电化学性质更加稳定，进而金属摩擦件在该 润滑剂中的电化学稳定电位窗口更宽。进一步，利用本发明的润滑剂进行电控摩擦时，能够在较大范围内对作为工作电极的金属摩擦件的电极电位进行调节，同时能够更有效地延缓 甚至避免金属摩擦件腐蚀，延长摩擦副的使用寿命。 [0015] 此外，本发明的润滑剂还具有以下附加技术特征： [0016] 根据本发明的一个实施例，所述添加剂为选自十二烷基硫酸钠、油酸钠、硬脂酸钠和十二烷基磺酸钠的至少一种，优选十二烷基硫酸钠。 [0017] 根据本发明的一个实施例，所述润滑剂为浓度为0.1mM、0.5mM、1mM或2mM的十二烷基硫酸钠的碳酸丙烯酯溶液。 [0018] 根据本发明的又一方面，本发明还提供了一种摩擦副。根据本发明的实施例，该摩擦副包括第一摩擦件和第二摩擦件，其中，在所述第一摩擦件和第二摩擦件之间设置有前面所述的本发明的润滑剂。发明人惊奇地发现，本发明的摩擦副，其第一摩擦件和第二摩 擦件之间的摩擦系数易于控制，且摩擦件不易发生电化学腐蚀，安全性好，使用寿命长，且所适用的载荷速度范围大，从而能够广泛应用于摩擦离合器等需要在线主动控制摩擦的领 域。 [0019] 为了方便理解本发明，现将本发明的润滑剂及控制摩擦副之间摩擦系数的方法的优点列举如下： [0020] 1、本发明的润滑剂，能够有效应用于金属摩擦副的电控摩擦技术。与表面活性剂水溶液相比，本发明的润滑剂电化学性质更加稳定，进而金属摩擦件在本发明的润滑剂中的电化学稳定电位窗口更宽，进一步能够有效延缓甚至避免电控摩擦过程中金属摩擦件的 电化学腐蚀，从而使电控摩擦技术的实用性大为提高。 [0021] 2、本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法，通过改变工作电极的电极电位来在线主动控制金属摩擦副的摩擦特性。工作电极的电极电位调节范围被限定在工作电极的电化学稳定电位窗口之内，因而能够有效避免金属摩擦件的电化学腐蚀。并且，该方法使用的本发明的润滑剂为含表面活性剂的碳酸丙烯酯溶液（浓度最高可达2mM），其能够使浸入其中的金属摩擦件的电化学稳定电位窗口较宽，进而能够在较大范围内（－1.5至＋1.5V）对工作电极的电极电位进行调节，从而能够更加灵敏精准地控制摩擦系数。 [0022] 3、利用本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法控制摩擦系数时，摩擦系数随电极电位变化的最短稳定建立时间不到10秒，且摩擦系数在恒定电极电位下具有较好的可持续性，由电极电位改变引起的摩擦系数变化幅度最高可达200％，符合电控摩擦应用的要求。 [0023] 4、本发明控制摩擦副之间摩擦系数的方法，在较大的载荷速度范围（载荷可高达400N，速度可高达100rpm）内均能应用，且均能达到良好的效果，从而更好地满足了各种电控摩擦应用的需求。 [0024] 5、本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法，简便易行，对摩擦系数的检测及控制精度高，可广泛应用于摩擦离合器等需要在线主动控制摩擦的领域。 [0026] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中： [0027] 图1显示了根据本发明一个实施例的实施本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法的装置的结构示意图； [0029] 图3和图4显示了根据本发明一个实施例的采用循环伏安法（CV）对润滑剂中的工作电极第一摩擦件进行检测所得的电流与电极电位之间的关系曲线示意图； [0030] 图5和图6显示了本发明实施例1中摩擦系数随电极电位变化的响应曲线示意图； [0031] 图7-图9显示了本发明实施例2中摩擦系数随电极电位变化的响应曲线示意图； [0032] 图10和图11显示了本发明实施例3中不同润滑剂浓度条件下的摩擦系数与电极电位之间的关系曲线示意图； [0033] 图12-图13显示了本发明实施例4中不同电极电位条件下的摩擦系数与摩擦副转动速度之间的关系曲线示意图； [0034] 图14显示了本发明实施例5中不同电极电位条件下的摩擦系数与金属摩擦副的法向载荷之间的关系曲线示意图； [0035] 图15显示了本发明实施例5中电极电位变化引起的摩擦力变化、摩擦系数变化与金属摩擦副的法向载荷之间的关系曲线示意图； [0036] 图16显示了根据本发明一个实施例的控制摩擦副之间摩擦系数的方法的流程示意图。 具体实施方式[0037] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。 [0038] 在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。 [0039] 根据本发明的一个方面，本发明提供了一种控制摩擦副之间摩擦系数的方法，其中该摩擦副包括第一摩擦件和第二摩擦件。发明人惊奇地发现，利用该方法，能够有效地控制摩擦副之间的摩擦系数。此外，根据本发明的实施例，在本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法中，所采用的润滑剂电化学性质稳定，使得摩擦副中的金属摩擦件在该润滑剂中 的电化学稳定电位窗口更宽，从而在该较宽的电化学稳定电位窗口之内改变金属摩擦件的 电极电位时，均能够有效避免其发生电化学腐蚀。并且，该方法简便易行，所适用的载荷速度范围大，实用性佳，从而能够广泛应用于摩擦离合器等需要在线主动控制摩擦的领域，以便高效、安全、灵敏地控制摩擦副之间的摩擦系数。 [0040] 根据本发明的实施例，参照图16，本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法可以包括： [0041] S100：施加润滑剂 [0042] 首先，在摩擦副的第一摩擦件和第二摩擦件之间施加润滑剂。 [0043] 其中，根据本发明的一个实施例，该第一摩擦件可以为金属件，第二摩擦件可以为金属件或陶瓷件。由此，能够有效利用本发明的方法控制该摩擦副之间的摩擦系数。 [0044] 根据本发明的一个实施例，在本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法中，该润滑剂包括：碳酸丙烯酯和添加剂，其中，该添加剂可以为选自阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和两性离子表面活性剂的至少一种。由此，实施本发明的控制摩擦副之间摩擦系 数的方法时，能够有效延缓或避免摩擦副的金属摩擦件的电化学腐蚀，且能够显著扩大电 控摩擦技术适用的载荷速度范围。其中，根据本发明的实施例，上述润滑剂中作为添加剂的表面活性剂的种类不受特别限制。根据本发明的一个实施例，在该润滑剂中，添加剂可以为选自十二烷基硫酸钠、油酸钠、硬脂酸钠和十二烷基磺酸钠的至少一种，优选十二烷基硫酸钠。根据本发明的具体实施例，该润滑剂可以为：浓度为0.1mM、0.5mM、1mM或2mM的十二烷基硫酸钠的碳酸丙烯酯溶液。由此，实施本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法的效果 更加显著。 [0045] S200：施加电位 [0046] 接着，通过上述润滑剂向第一摩擦件施加电位。 [0047] 根据本发明的一个实施例，在将该润滑剂施加至第一摩擦件和第二摩擦件之间之前，可以于40～50摄氏度下对该润滑剂进行超声处理。由此，能够使润滑剂中的添加剂即 表面活性剂完全溶解于碳酸丙烯酯中，从而能够保证润滑剂功能的有效实现。 [0048] 此外，根据本发明的一个实施例，可以由工作电极、对电极和参比电极构成的三电极体系通过该润滑剂向第一摩擦件施加电位，其中，可以将第一摩擦件作为工作电极，并以由惰性材料制成的电极作为对电极。在该三电极体系中，参比电极为工作电极提供电位通道，对电极为工作电极提供电流通道。由此，能够通过控制工作电极（第一摩擦件）的电极电位变化，有效实现在线主动控制摩擦副之间的摩擦系数变化。 [0049] S300：控制电位 [0050] 然后，通过控制电极电位变化，进而控制第一摩擦件和第二摩擦件之间的摩擦系数变化。具体来说，通过有效地调节作为工作电极的摩擦件的电极电位，来实现对摩擦副之间的摩擦系数的控制。例如，将工作电极的电极电位调节到某一电位值，摩擦系数将经历起初连续变化，随后达到并维持稳定的过程。改变电极电位，稳定之后的摩擦系数也将改变。 其中，需要说明的是，通过控制电位进而控制摩擦副之间摩擦系数的方法是基于以下基本 原理：改变电极电位，吸附在第一摩擦件表面的润滑膜（即包覆在第一摩擦件表面的润滑剂膜）的分子排列的紧密程度随之变化，进而改变润滑膜的润滑特性，最终表现为摩擦系数的变化。 [0051] 根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种润滑剂。根据本发明的实施例，该润滑剂包括：碳酸丙烯酯和添加剂，其中，该添加剂可以为选自阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和两性离子表面活性剂的至少一种。 [0052] 其中，根据本发明的实施例，本发明的润滑剂中，作为添加剂的表面活性剂的种类不受特别限制。根据本发明的一个实施例，在该润滑剂中，添加剂可以为选自十二烷基硫酸钠、油酸钠、硬脂酸钠和十二烷基磺酸钠的至少一种，优选十二烷基硫酸钠。 [0053] 此外，根据本发明的一些具体实施例，本发明的润滑剂可以为：浓度为0.1mM、0.5mM、1mM或2mM的十二烷基硫酸钠的碳酸丙烯酯溶液。由此，实施本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法的效果更加显著。 [0054] 发明人惊奇地发现，上述本发明的润滑剂能够有效地用于电控摩擦技术，以便控制摩擦副之间的摩擦系数，并且其所适用的载荷速度范围较大，适用性好，能够有效延缓甚至避免摩擦副金属件的电化学腐蚀，延长摩擦副的使用寿命。 [0055] 根据本发明的又一方面，本发明还提供了一种摩擦副。根据本发明的实施例，该摩擦副包括第一摩擦件和第二摩擦件，其中，在所述第一摩擦件和第二摩擦件之间设置有前面所述的本发明的润滑剂。发明人惊奇地发现，本发明的摩擦副，其第一摩擦件和第二摩 擦件之间的摩擦系数易于控制，且摩擦件不易发生电化学腐蚀，安全性好，使用寿命长，且所适用的载荷速度范围大，从而能够广泛应用于摩擦离合器等需要在线主动控制摩擦的领 域。 [0056] 此外，为了方便理解，本发明还提供了本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法的具体实施方式。具体地，本发明提供了一种可以实施本发明的控制摩擦副之间摩擦系数 的方法的装置。根据本发明的一个实施例，该装置可以包括：第一摩擦件、第二摩擦件、对电极、参比电极、润滑池、推力球轴承、力传感器、恒电位仪、调速系统、加载装置、升降台、润滑池基座、联轴器以及夹具。 [0057] 其中，图1给出了上述用于实施本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法的装置的其中一种示例，下面将结合图1详细描述本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法的具 体实施方式： [0058] 如图1所示，实施本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法的装置1000包括：第一摩擦件1、第二摩擦件2、对电极3、润滑剂4、润滑池5、参比电极6、推力球轴承7、力传感器8、恒电位仪9、调速系统10、加载装置11、升降台12、润滑池基座13、联轴器14以及夹具 15，其中4为润滑剂，第一摩擦件1与第二摩擦件2组成摩擦副。 [0059] 其中，第一摩擦件1为金属件，并作为工作电极，第二摩擦件2可以为陶瓷或金属件。 [0060] 具体地，该装置中各主要部件及其连接关系为：摩擦副的下试件即第一摩擦件1为不锈钢盘片，其通过花键槽安放于润滑池5中；摩擦副的上试件即第二摩擦件2为二氧化 锆或不锈钢球，其紧固于夹具15中，且第二摩擦件2与第一摩擦件1之间的接触方式为点 接触。润滑剂4为本发明的润滑剂，其分布于润滑池5中，并将由第一摩擦件1与第二摩擦 件2组成的摩擦副完全浸润，从而对其进行润滑。润滑池5通过其下方的润滑池基座13和 推力球轴承7安装于升降台12上。加载装置11为气垫加载装置，其位于升降台12下方， 并通过升降台12、推力球轴承7、润滑池基座13、润滑池5与摩擦副连接。调速系统10为电 机调速系统，其位于摩擦副上方，通过联轴器14、夹具15与摩擦副连接。力传感器8位于升降台12上方，并固定于靠近润滑池基座13的位置。 [0061] 其中，在该装置中三电极体系具体为：工作电极为第一摩擦件1；对电极3为石墨电极，其通过螺纹联接固定于润滑池5中，并靠近工作电极第一摩擦件1（两者间距为1mm），其中润滑剂4分布于对电极3与工作电极第一摩擦件1之间的空隙中；参比电极6为银/ 氯化银（Ag/AgCl）固体参比电极，其放置于摩擦副附近。此外，恒电位仪9（如图2所示，可以为Metrohm Autolab公司生产的恒电位仪，型号为PGSTAT302N）具有工作电极1、对电极3和参比电极6的相应连接线，从而通过工作电极连接线、对电极连接线、参比电极连接线分别与工作电极1、对电极3、参比电极6连接。其中，恒电位仪9的工作原理图如图2所示， 其中WE表示工作电极，CE表示对电极，RE表示参比电极，OP表示运算放大器，R表示电阻。 [0062] 利用该装置实施本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法的过程及原理为：采用闭环控制，由加载装置11通过气压方式对金属摩擦副施加预定的法向载荷，并采用闭环控 制，由调速系统10向摩擦副提供预定的转动速度；力传感器8检出的力与摩擦力对金属摩 擦副回转中心的力矩是一对平衡力矩，通过力矩平衡关系能够计算出摩擦力，而摩擦力与 法向载荷的比值即为摩擦系数；润滑剂4充当对电极3与工作电极1之间的电解液，参比 电极6为工作电极提供电位通道，对电极3为工作电极提供电流通道，由恒电位仪9采用三 电极体系精确控制工作电极的电极电位变化，进而在线主动控制金属摩擦副的摩擦系数变 化。 [0063] 其中，需要说明的是，在该装置中，采用循环伏安法（CV）经由恒电位仪9来检测并确定工作电极在润滑剂4中的电化学稳定电位窗口，然后将该电化学稳定电位窗口作为工作电极的电极电位最大调节范围，从而能够有效避免摩擦副的第一摩擦件1（金属件）的电化学腐蚀。具体地，例如，第一摩擦件1为不锈钢（型号为4Cr13）盘片，润滑剂4为2mM十二烷基硫酸钠的碳酸丙烯酯溶液时，经检测可知工作电极第一摩擦件1的电化学稳定电位窗 口为-1.5至+1.5V（如图3所示）。第一摩擦件1为不锈钢（型号为022Cr17Ni12Mo2）盘片，润滑剂4为0.5mM十二烷基硫酸钠的碳酸丙烯酯溶液时，经检测可知工作电极第一摩擦件1 的电化学稳定电位窗口为-1.5至+1.5V（如图4所示）。由此，对于不锈钢（型号为4Cr13）盘片，将润滑剂4十二烷基硫酸钠的碳酸丙烯酯溶液的浓度控制在2mM以下，而对于不锈钢 （型号为022Cr17Ni12Mo2）盘片，将润滑剂4十二烷基硫酸钠的碳酸丙烯酯溶液的浓度控制在0.5mM以下，便可以在-1.5至+1.5V的范围内对工作电极的电极电位进行调节，并且在 此电位范围内能够有效确保摩擦副金属件不发生电化学腐蚀。此外，需要说明的是，图3、图 4中的电极电位值均为相对于银/氯化银（Ag/AgCl）参比电极的检测值。 [0064] 下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条 件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪 器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。在下面各实施例中，所述的电极电位值均为相对于银/氯化银（Ag/AgCl）参比电极的检测值。 [0065] 实施例1 [0066] 参照上述对本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法的具体实施方式的描述，以图1所示的装置为平台，实施本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法，并检测摩擦系数 与电极电位之间的关系。其中，如图1所示的第一摩擦件1为不锈钢(型号为4Cr13)盘片， 第二摩擦件2为二氧化锆球（共2个，回转半径相同），润滑剂4为含十二烷基硫酸钠的碳酸丙烯酯溶液。 [0067] 本实施例得到了摩擦系数随电极电位变化的响应结果，实现了控制摩擦副之间摩擦系数的目的。具体地，图5和图6显示了本实施例的摩擦系数随电极电位变化的响应曲 线示意图。其中，图5中涉及的工况条件为：摩擦副的法向载荷为50N，摩擦副的转动速度 为10rpm，润滑剂4浓度为1mM。图6中涉及的工况条件为：摩擦副的法向载荷为50N，摩 擦副的转动速度为10rpm，润滑剂4浓度为2mM。图5和图6中的电极电位变化过程均为： +1.2V->-1.2V->+1.2V。随电极电位的变化，图5和图6中的摩擦系数表现出相同的响应规 律：当电极电位正阶跃时，摩擦系数降低，当电极电位负阶跃时，摩擦系数升高。 [0068] 本实施例的结果表明：利用本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法，能够有效地实现对摩擦副之间摩擦系数的控制。并且，由上述结果可知，当润滑剂的添加剂为阴离子表面活性剂时，将工作电极的电极电位调节到一定正电位时，可降低金属摩擦副的摩擦系 数；将工作电极的电极电位调节到一定负电位时，可增大金属摩擦副的摩擦系数。 [0069] 实施例2 [0070] 同样地，参照前述对本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法的具体实施方式的描述，以图1所示的装置为平台，实施本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法，并检测摩擦系数与电极电位之间的关系。其中，如图1所示的第一摩擦件1为不锈钢(型号为4Cr13) 盘片，第二摩擦件2为二氧化锆球（共3个，回转半径相同），润滑剂4为含十二烷基硫酸钠的碳酸丙烯酯溶液。 [0071] 图7-图9显示了本实施例的摩擦系数随电极电位变化的响应曲线示意图。其中，图7中涉及的工况条件为：摩擦副的法向载荷为500N，摩擦副的转动速度为20rpm，润滑剂 4浓度为1mM。图8中涉及的工况条件为：摩擦副的法向载荷为100N，摩擦副的转动速度为 10rpm，润滑剂4浓度为1mM。图9中涉及的工况条件为：摩擦副的法向载荷为100N，摩擦 副的转动速度为100rpm，润滑剂4浓度为1mM。图7、图8、图9中的电极电位变化过程为： +1.5V->-1.5V->+1.5V。由上述各图可知，在电极电位的各阶跃处，摩擦系数均经历起初相应地连续变化，随后达到并维持稳定的过程；摩擦系数随电极电位变化的稳定建立时间在 5-20s之间；+1.5V->-1.5V的电极电位改变所引起的摩擦系数变化幅度在60％－200％之 间。 [0072] 本实施例的结果表明：实施本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法时，摩擦系数随电极电位变化的最短稳定建立时间不到10s，且摩擦系数在恒定电极电位下具有较好 的可持续性，由电极电位改变引起的摩擦系数变化幅度最高可达200％，从而该方法能够满足电控摩擦技术的应用需求，能够有效地实现对摩擦副之间摩擦系数的控制。 [0073] 实施例3 [0074] 同样地，参照前述对本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法的具体实施方式的描述，以图1所示的装置为平台，实施本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法，并检测不同润滑剂浓度条件下摩擦系数与电极电位之间的关系。其中，如图1所示的第一摩擦件1为 不锈钢（型号为022Cr17Ni12Mo2）盘片，第二摩擦件2为二氧化锆球（共1个），润滑剂4为含十二烷基硫酸钠的碳酸丙烯酯溶液。 [0075] 本实施例获得了不同润滑剂浓度条件下的摩擦系数与电极电位之间的关系结果。具体地，图10和图11显示了本实施例中不同润滑剂浓度条件下的摩擦系数与电极电位之 间的关系曲线示意图。其中，图10中涉及的工况条件为：摩擦副的法向载荷为50N，摩擦副的转动速度为10rpm,润滑剂4浓度为0.1mM。图11中涉及的工况条件为：摩擦副的法向 载荷为50N，摩擦副的转动速度为10rpm,润滑剂4浓度为0.5mM。如图10、图11所示，各电 极电位下的摩擦系数均为相应电极电位下摩擦系数在其稳定阶段的算术平均值。由上述两 图可知，在所示各润滑剂浓度下，摩擦系数均随着电极电位向负方向移动而呈增大趋势。具体来说，当润滑剂4浓度为0.1mM时，在电位区间（+1.5至+0.9V）内，摩擦系数较低且基本不变，而在电位区间（+0.9至－1.5V）内，摩擦系数随电极电位向负方向移动而增大。而当润滑剂4浓度为0.5mM时，在电位区间（+1.5至-0.3V）内，摩擦系数较低且基本不变，而在电位区间（-0.3至－1.5V）内，摩擦系数随电极电位向负方向移动而增大。 [0076] 本实施例的结果表明：实施本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法时，改变工作电极的电极电位，摩擦副的金属件（第一摩擦件）表面的润滑剂形成的边界润滑膜状态将随之变化，从而改变金属摩擦副的摩擦系数。 [0077] 实施例4 [0078] 同样地，参照前述对本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法的具体实施方式的描述，以图1所示的装置为平台，实施本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法，并检测不同电极电位条件下的摩擦系数与摩擦副的转动速度之间的关系。其中，如图1所示的第一 摩擦件1为不锈钢（型号为022Cr17Ni12Mo2）盘片，第二摩擦件2为二氧化锆球（共1个），润滑剂4为含十二烷基硫酸钠的碳酸丙烯酯溶液。 [0079] 本实施例获得了不同电极电位条件下摩擦系数与摩擦副的转动速度之间的关系结果。具体地，图12和图13显示了本实施例中不同电极电位条件下的摩擦系数与摩擦副 的转动速度之间的关系曲线示意图。其中，图12中涉及的工况条件为：摩擦副的法向载荷 为50N，润滑剂4浓度为0.1mM。图13中涉及的工况条件为：摩擦副的法向载荷为50N，润滑 剂4浓度为0.5mM。其中，如图12和图13所示，各转动速度、各电极电位下的摩擦系数均为 相应电极电位下摩擦系数在其稳定阶段的算术平均值。由上述两图可知，电极电位为-1.5V条件下的摩擦系数－转动速度曲线均在电极电位为+1.5V条件下的摩擦系数－转动速度 曲线之上，表明在10－100rpm的速度范围之内，均存在电控摩擦效果。 [0080] 本实施例的结果表明：本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法，能够在较大的速度范围（速度高达100rpm）内实现电控摩擦目的，从而能够适应各种电控摩擦应用对速度的不同要求。 [0081] 实施例5 [0082] 同样地，参照前述对本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法的具体实施方式的描述，以图1所示的装置为平台，实施本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法，并检测不同电极电位条件下的摩擦系数与摩擦副的法向载荷之间的关系，以及电极电位变化引起的 摩擦力变化、摩擦系数变化与摩擦副的法向载荷之间的关系。其中，如图1所示的第一摩擦件1为不锈钢(型号为022Cr17Ni12Mo2)盘片，第二摩擦件2为二氧化锆球（共1个），润滑 剂4为含十二烷基硫酸钠的碳酸丙烯酯溶液。 [0083] 本实施例获得了不同电极电位条件下的摩擦系数与摩擦副的法向载荷之间的关系结果，以及电极电位变化引起的摩擦力变化、摩擦系数变化与摩擦副的法向载荷之间的 关系结果。具体地，图14显示了不同电极电位条件下的摩擦系数与摩擦副的法向载荷之间 的关系曲线示意图。图15显示了电极电位变化引起的摩擦力变化、摩擦系数变化与摩擦副 的法向载荷之间的关系曲线示意图。其中，图14、图15中涉及的工况条件为：摩擦副的转 动速度为10rpm，润滑剂4浓度为0.5mM。如图14所示，各法向载荷、各电极电位下的摩擦 系数均为相应电极电位下摩擦系数在其稳定阶段的算术平均值。由图14可知，电极电位 为-1.5V条件下的摩擦系数-法向载荷曲线在电极电位为+1.5V条件下的摩擦系数-法 向载荷曲线之上，表明在50-400N的载荷范围之内，均存在电控摩擦效果。由图15可知， +1.5V->-1.5V的电极电位改变所引起的摩擦系数变化量在50-350N的载荷范围内基本维 持恒定，而相应的摩擦力变化量与法向载荷呈正相关。 [0084] 本实施例的结果表明：本发明的控制摩擦副之间摩擦系数的方法，在较大的载荷范围（载荷高达400N）内均可实现电控摩擦目的，从而能够满足各种电控摩擦应用对载荷的不同需求。 [0085] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 |
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