Page 81 - 《摩擦学学报》2021年第6期

866 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

300
(a) 448 mm/s
Glass disc
128 mm/s
Steel ball
256 mm/s
Film thickness, h c /nm 64 mm/s
100
32 mm/s

16 mm/s
1 mm/s Inlet 4 mm/s
Outlet

10
1 10 100
Speed/(mm·s)
(a) Curves of the average central film vs speed and corresponding interferograms
600 600
(b) 4 mm/s 64 mm/s (c) 4 mm/s 64 mm/s
16 mm/s 256 mm/s 16 mm/s 256 mm/s
448 mm/s
32 mm/s
500 Inlet 448 mm/s 500 32 mm/s 256 mm/s
32 mm/s
Film thickness, h c /nm 400 Outlet Y X Film thickness, h c /nm 300 Cavitation
400
300
200
100
100 200
0 0
−150 −100 −50 0 50 100 150 −150 −100 −50 0 50 100 150
X/μm Y/μm
Profiles of the average central film thickness along X and Y axis: (b) along X axis; (c) along X axis

Fig. 8 Film thickness curves and captured interferometric images in steel ball-glass disc contact grafted by
polymer brush PSPMA at 4 N of load
图 8 4 N载荷下表面接枝PSPMA聚合物刷的钢球-玻璃盘接触区内的膜厚曲线和光干涉图像

(低于16 mm/s) 呈现平坦状，即端泄很小，这是薄膜润 合润滑的作用机理. 图8的膜厚测量结果表明较低卷
[30]
滑区别于弹流润滑的特征之一 ；当速度大于32 mm/s 吸速度下(低于16 mm/s)聚合物刷PSPMA的水合作用
时，发现随着速度的增加沿着X方向的膜厚曲线变得 (hydration)对有效水膜的形成占主导作用，此时流体
越来越弯曲，而Y方向的膜厚曲线不再呈直线而是斜 动压润滑可被忽略，聚合物刷在摩擦界面上促成了
线分布，这意味着流体动压效应对润滑成膜的作用越 1层具有较高的承载力和良好流动性的水化层 [1,32] ：一
来越强烈，同时在光干涉图上的出口区观察到了明显 方面，它能承受较高的法向载荷(4 N，其对应的最大
的气穴(cavitation)，如图8(c)所示，这也印证了动压成 赫兹接触压力为263 MPa)而未被从接触区挤压出去，
[31]
膜这一论断 . 实现了钢球和玻璃盘两接触表面的有效分离；另一方
[31]
Luo等 首次提出了薄膜润滑(TFL)的概念，其基 面，聚合物刷捕获(harvest)的水分子与周围自由的水
本特征是介于弹流润滑与边界润滑的一种状态，当间 分子不断交换而逐渐达到1个动态平衡，呈现出1层虽
隙尺寸在几纳米到几十纳米的范围内时，润滑分子在 有波动但基本稳定的水膜(约30~40 nm). 在较高速度
剪切诱导和固体表面吸附势等作用下处于取向有序 下的水润滑机理与低速下的水化层承载机理是不同
状态, 形成了由吸附膜、有序层和流体膜组成的三明 的，因为此时无法再忽略流体动压效应的影响，事实
治结构的润滑薄膜，呈现出较高的承载力和良好的流 上出口区的气穴和膜厚曲线也证实了流体动压效应
动性，这是薄膜润滑状态下水分子与摩擦表面发生水 的作用随速度的增加愈加强烈，此时需同时考虑流体