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摘要
在润滑油中添加纳米颗粒可以有效减少摩擦磨损，大多数研究只集中在纳米颗粒的性质对摩擦性能的影响，很少考虑到颗粒粒径与表面粗糙度对摩擦性能的耦合作用。采用分子动力学（MD）模拟和试验的方法研究纳米铜颗粒添加剂粒径对润滑油摩擦性能的影响。建立具有凸峰和凹槽的粗糙壁面边界润滑MD模型，模拟300MPa下两固体壁面相对剪切速度为5 m/s时，5种粒径的纳米Cu颗粒分别在不同粗糙度壁面下的力学性能。定量计算出摩擦表面的应力、磨损量、摩擦力、正压力和摩擦热。同时，采用微纳米划痕仪测量含纳米Cu颗粒润滑油的摩擦因数。结果表明，颗粒的粒径和壁面粗糙度对润滑油的摩擦性能具有耦合作用；在剪切过程中纳米颗粒会填充壁面凹坑、形成保护膜、减少摩擦磨损、提高承载能力和降低壁面摩擦热。当壁面粗糙度较小、处于边界润滑状态时，Cu颗粒添加剂会增大体系的摩擦力；当壁面粗糙度较大、处于混合润滑状态时，Cu颗粒添加剂会减小体系的摩擦力；当颗粒粒径与壁面凹槽深度的比值D/h在1.05～1.12范围内，即颗粒直径略大于凹槽深度时，润滑油的摩擦性能最优，摩擦力和磨损量较小、油膜承载能力最大。分子动力学模拟和试验相结合，建立微纳观结构和宏观特性之间的联系，探究壁面粗糙度与颗粒粒径对润滑油摩擦性能的影响机理，为预测和开发高性能新型润滑剂提供理论基础。
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单位自动化学院; 福州大学
