專利名稱：表面活性劑水溶液中金屬摩擦副摩擦系數(shù)的主動控制方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機電技術領域，特別是涉及一種在表面活性劑水溶液中金屬摩擦副摩 擦系數(shù)的主動控制方法。
背景技術：
控制摩擦的傳統(tǒng)技術主要是通過摩擦副材料的合理配伍和潤滑實現(xiàn)的，近些年 來，也出現(xiàn)了利用表面涂層和表面形貌的一些技術。這些技術的局限性在于只能在摩擦副 的設計、制造階段采取措施，試圖達到摩擦副實際運行時的預期目標，不能實現(xiàn)摩擦副在實 際工作狀態(tài)下實時和在線地控制摩擦系數(shù)的大小，屬于被動控制摩擦技術。為了更加直接和方便地控制摩擦系數(shù)的大小，需要開發(fā)主動控制摩擦技術。為 此，國內外研究者開展了各種各樣的嘗試和探索。早在1875年，美國的湯姆斯.愛迪生 (T. A. Edison)就發(fā)現(xiàn)了電壓能影響某些材料的摩擦大小，并利用這一特性發(fā)明了一種電 報裝置，申請了美國專利。上世紀四、五十年代，英國劍橋大學的鮑登(F.P.Bowden)等 人發(fā)現(xiàn)在稀硫酸溶液中的鉬絲和鉬塊之間的摩擦系數(shù)可以通過調節(jié)鉬絲的電極電位發(fā) 生變化，并認為表面的析氫或析氧都能降低摩擦系數(shù)；上世紀九十年代，英國的布蘭頓 (N. P. Brandon)等人研究發(fā)現(xiàn)在泥漿溶液或含油酸水溶液潤滑情況下通過外電壓調節(jié)金屬 的電極電位可以改變其摩擦系數(shù)。此外，日本的山本好夫、國內的齊毓霖等人研究過外加電場對金屬干摩擦特性的 影響；日本的木村好次等人研究了電場對液晶潤滑劑邊界潤滑特性的影響；日本的村上輝 夫等人研究了交流電場對生物潤滑材料的減摩效應；美國的S. Tung等人報道了電場對極 壓添加劑成膜能力的影響。但上述研究工作所報道的摩擦系數(shù)的可控范圍均偏小，只有 30%左右，并未實現(xiàn)真正意義上的摩擦主動控制。孟永鋼、蔣宏軍等從1998年開始研究了通過外加電場在線反饋來調節(jié)硬脂酸鋅 水溶液中金屬/陶瓷摩擦副間的摩擦系數(shù)，并申請了發(fā)明專利(ZL專利號98111715. 5)。該 發(fā)明顯示摩擦系數(shù)的可調范圍可達300%以上，并表明在線主動控制摩擦系數(shù)的可行性。但 也存在一些局限性，包括摩擦副的材料僅限于金屬與陶瓷組合，潤滑液僅限于硬脂酸鹽的 飽和微乳液，最主要的問題還有所施加的外加電壓較高，達到10-20伏，超過了水溶液的 電解電壓，會引起析氫反應，導致較大的電能和潤滑液的消耗，同時，摩擦系數(shù)隨電壓變化 的響應時間達數(shù)十秒，難以滿足工程應用的要求?？傊瑥纳厦娴拿枋隹梢钥闯?，現(xiàn)有的對摩擦副間的摩擦系數(shù)進行主動控制的解 決方案都存在一定的問題，迫切需要本領域技術人員解決的一個問題就是，如何能夠創(chuàng)造 性的提出一種對摩擦副間的摩擦系數(shù)進行主動控制的解決方案，滿足工程應用的要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種表面活性劑水溶液中金屬摩擦副摩擦系 數(shù)的主動控制方法，能夠滿足工程應用的要求。
為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種表面活性劑水溶液中金屬摩擦副摩擦系數(shù) 的主動控制方法，具體的，滑動摩擦副的金屬一側為工作電極，在摩擦副附近設置一適當面 積的惰性材料作為輔助電極；通過向滑動摩擦副之間施加相應的控制電位，以主動控制獲 得所需的摩擦系數(shù)；其中，所述滑動摩擦副由金屬材料與陶瓷或金屬材料構成；所述潤滑 劑為表面活性劑水溶液。優(yōu)選的，所述滑動摩擦副為點接觸、線接觸或面接觸。優(yōu)選的，所述潤滑劑中的表面活性劑為陰離子型、陽離子型或兩性離子型；表面活 性劑含量不超過其臨界膠束濃度的0. 2倍。優(yōu)選的，表面活性劑含量的范圍為其臨界膠束濃度的0. 005-0. 2倍。優(yōu)選的，在摩擦副接觸區(qū)附近設置一陽極材料作為輔助電極，輔助電極與摩擦副 的金屬一方不接觸，并始終保持一定的間隙，該間隙充滿潤滑液；所述陽極材料為石墨電極 或者鉬電極，所述間隙為l_2mm。優(yōu)選的，所施加的外部電源的電源功率與摩擦副中金屬一方的尺寸相關，供電電 壓小于等于3V ；電流密度小于等于4mA/cm2。優(yōu)選的，當采用兩電極方式施加電壓時，以摩擦副的金屬一側作為工作電極，輔助 電極作為對電極；若潤滑液是陰離子型或兩性離子型表面活性劑水溶液，當需要增大摩擦 系數(shù)時，工作電極與電源負極相聯(lián)、對電極與電源正極相聯(lián)，并施加大小合適的電壓；當需 要降低摩擦系數(shù)時，將工作電極和對電極的極性對調，并施加大小合適的電壓。優(yōu)選的，當采用兩電極方式施加電壓時，以摩擦副的金屬一側作為工作電極，輔助 電極作為對電極；若潤滑液是陽離子型表面活性劑水溶液，當需要減小摩擦系數(shù)時，工作電 極與電源負極相聯(lián)、對電極與電源正極相聯(lián)，施加大小合適的電壓；當需要增大摩擦系數(shù) 時，將工作電極和對電極的極性對調，施加大小合適的電壓。優(yōu)選的，當采用三電極方式施加電壓時，以摩擦副的金屬一側作為工作電極，輔助 電極作為對電極；并在工作電極附近增加一個參比電極用于測量和控制工作電極的電極電 位；若潤滑液是陰離子型或兩性離子型表面活性劑水溶液，當需要增大摩擦系數(shù)時，通過參 比電極使工作電極處于合適的負電位；當需要降低摩擦系數(shù)時，通過參比電極使工作電極 處于合適的正電位。優(yōu)選的，當采用三電極方式施加電壓時，以摩擦副的金屬一側作為工作電極，輔助 電極作為對電極；并在工作電極附近增加一個參比電極用于測量和控制工作電極的電極電 位；若潤滑液是陽離子型表面活性劑水溶液，當需要減小摩擦系數(shù)時，通過參比電極使工作 電極處于合適的負電位；當需要增大摩擦系數(shù)時，通過參比電極使工作電極處于合適的正 電位。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明采用低濃度的表面活性劑水溶液作為潤滑液，摩擦副材料可以是金屬與金 屬組合或金屬與陶瓷組合，利用三電極方式或兩電極方式對摩擦系數(shù)實施主動控制，外電 壓的大小控制在工作電極的電化學窗口范圍內，可以避免水溶液的電解，當由高摩擦狀態(tài) 向低摩擦狀態(tài)轉換時，改變電極電位(或電壓)的極性，加速摩擦系數(shù)的變化。應用本發(fā)明 后，摩擦系數(shù)隨控制電位變化的響應時間可達到0.5秒以內，且摩擦系數(shù)的可調范圍高達 300-700 %，完全滿足工程應用的需要。
本發(fā)明主要涉及由金屬材料和陶瓷(或金屬)材料構成的摩擦副間的摩擦系數(shù)隨 電極電位(或槽電壓)變化的快速主動控制技術。將本技術應用在摩擦系數(shù)的主動控制中， 摩擦系數(shù)隨電極電位(或槽電壓)變化的響應時間可以達到0.5秒以內。此外，在摩擦系 數(shù)可控范圍內，可以實現(xiàn)任意波形的變化。該技術所需設備簡單，操作簡便，使用方便，使用 的潤滑液無毒性和副作用，可廣泛使用于對摩擦系數(shù)要求快速變化的場合。


圖1為本發(fā)明一種摩擦系數(shù)主動控制試驗裝置的示意圖；圖2為本發(fā)明實例1中在三電極方式控制下的摩擦系數(shù)對控制電位變化的響應關 系實驗結果；圖3為在三電極方式控制下0. ImM(毫摩爾/升)十二烷基硫酸鈉水溶液中不同 控制電位下的摩擦系數(shù)、槽電壓及電流；圖4為本發(fā)明實例2中在兩電極方式控制下的摩擦系數(shù)對控制電壓變化的響應關 系實驗結果；圖5為本發(fā)明實例3中，在0. 5mM十二烷基硫酸鈉溶液中氧化鋯/不銹鋼摩擦副 的摩擦系數(shù)隨系列方波控制電位變化的響應；圖6為本發(fā)明實例4中，在0. 5mM十二烷基硫酸鈉溶液中氧化鋯/不銹鋼摩擦副 長時間電控摩擦效果；圖7為三電極控制方式中不同濃度潤滑劑的摩擦系數(shù)與控制電位之間的關系示 意圖；圖8在0. ImM十二烷基硫酸鈉溶液中，分別采用三角波電位控制和正弦波槽電壓 控制，氧化鋯/不銹鋼摩擦副的摩擦系數(shù)的控制效果示意圖；圖9在0. 5mM十二烷基硫酸鈉溶液中，分別采用三角波電位控制和正弦波槽電壓 控制，氧化鋯/不銹鋼摩擦副的摩擦系數(shù)的控制效果示意圖；圖10在ImM十二烷基硫酸鈉溶液中，分別采用三角波電位控制和正弦波槽電壓控 制，氧化鋯/不銹鋼摩擦副的摩擦系數(shù)的控制效果示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實 施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。本方法核心構思在于采用低濃度的表面活性劑水溶液作為潤滑液，可以適用于由 金屬/陶瓷(或金屬)材料構成的滑動摩擦副。用去離子水和表面活性劑按照一定的質量 比例配制成適當濃度的表面活性劑水溶液作為潤滑劑(摩擦系數(shù)控制液)，摩擦副的金屬 一側同時作為工作電極，在摩擦副附近設置一適當面積的惰性材料作為輔助電極。一般情況下，為了保證摩擦副金屬材料在摩擦系數(shù)控制中不發(fā)生氧化或還原反 應，在工作電極和輔助電極之間所施加的外電壓應在工作電極的電化學窗口范圍內。該電 壓范圍可以借助電化學工作站測定，并測量出摩擦系數(shù)與電極電位或槽電壓之間的關系曲 線，作為兩電極方式的槽電壓參考基準。圖1給出了實現(xiàn)摩擦系數(shù)主動控制的一種試驗裝置的示意圖。當在上述裝置中的摩擦副之間施加控制電位(電壓)時，摩擦副表面的電荷密度將發(fā)生改變，從而導致摩擦副 界面間的吸附膜的吸附或脫附，使得摩擦系數(shù)發(fā)生快速顯著的改變。本發(fā)明實施例中的潤滑液可以由去離子水中添加表面活性劑構成，表面活性劑可 以選擇陰離子型、陽離子型或兩性離子型，表面活性劑含量應不超過其臨界膠束濃度(CMC) 的 0. 2 倍，以(0. 005-0. 2) CMC 為宜。本發(fā)明可以在摩擦副接觸區(qū)附近設置一陽極材料作為輔助電極，如石墨電極、鉬 電極，輔助電極與摩擦副的金屬一方不接觸，并始終保持一定的間隙(l-2mm為宜)，潤滑液 應充滿間隙。本發(fā)明摩擦副運動過程中的摩擦系數(shù)可以通過施加外部電壓進行控制，外部電源 可以是直流電源或交流電源，供電電壓一般小于3V ；電源功率取決于摩擦副中金屬一方的 尺寸，電流密度一般小于4mA/cm2。電壓的施加可以采用兩電極方式，以摩擦副的金屬一側作為工作電極，輔助電極 作為對電極。若潤滑液是陰離子型或兩性離子型表面活性劑水溶液，當需要增大摩擦系數(shù) 時，工作電極與電源負極相聯(lián)、對電極與電源正極相聯(lián)，并施加大小合適的電壓；當需要降 低摩擦系數(shù)時，將工作電極和對電極的極性對調，并施加大小合適的電壓。若潤滑液是陽 離子型表面活性劑水溶液，當需要減小摩擦系數(shù)時，工作電極與電源負極相聯(lián)、對電極與電 源正極相聯(lián)，施加大小合適的電壓；當需要增大摩擦系數(shù)時，將工作電極和對電極的極性對 調，施加大小合適的電壓。電壓的施加也可以采用三電極方式，在上述兩電極方式的基礎上，工作電極附近 增加一個參比電極用于測量和控制工作電極的電極電位。若潤滑液是陰離子型或兩性離子 型表面活性劑水溶液，當需要增大摩擦系數(shù)時，采用恒電位儀使工作電極處于合適的負電 位；當需要降低摩擦系數(shù)時，將工作電極處于合適的正電位。若潤滑液是陽離子型表面活性 劑水溶液，當需要減小摩擦系數(shù)時，用恒電位儀使工作電極處于合適的負電位；當需要增大 摩擦系數(shù)時，使工作電極處于合適的正電位。本發(fā)明采用三電極方式施加電壓控制摩擦系數(shù)時，工作電極的電位處于電化學窗 口中，工作電極表面不會發(fā)生電化學氧化或還原反應，也沒有溶液水電解現(xiàn)象。采用兩電極 方式施加電壓控制摩擦系數(shù)時，所施加電壓的范圍可以對應于三電極方式時工作電極的電 化學窗口。故在整個控制過程中潤滑液及電力的消耗很微小。實例1圖1為一種摩擦系數(shù)主動控制試驗裝置示意圖。其中圖形標記說明如下(1)金屬盤，(2)陶瓷球，(3)石墨電極，(4)潤滑液，(5)溶液槽，(6)角接觸球軸 承，(7)力傳感器，⑶電化學工作站(直流電源)，(9)調速電機，(10)杠桿，(11)砝碼圖1所示裝置通過杠桿方式加載，可進行球/盤接觸形式下的摩擦磨損試驗，摩擦 副一方(上試件)為陶瓷球(如氮化硅、氧化鋯、氧化鋁)或金屬球2 (如鋼球)，另一方為 金屬(如不銹鋼、鋁合金、鈦合金、銅合金等)圓盤1。摩擦副置于盛有表面活性劑(如十二 烷基硫酸鈉、油酸鉀、硬脂酸鈉、全氟己基磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、司班等)水溶液 4(潤滑劑)的溶液槽5中，溶液槽5通過角接觸球軸承6安裝在機架上。在進行主動控制 時，由電化學工作站(直流電源)8提供工作電壓。試驗時所加載的砝碼11通過杠桿10將力傳遞給調速電機9，并在調速電機9的帶動下作旋轉運動，使得石墨電極3也隨電機軸作旋轉運動，從而實現(xiàn)通過杠桿方式對摩擦 副進行加載。采用三電極方式施加外電壓時，將輔助石墨電極3安裝在摩擦副附近，摩擦副的 金屬側為工作電極，參比電極置于工作電極附近；采用兩電極方式施加外電壓時，輔助電極 和工作電極分別為石墨和摩擦副的金屬側。在對摩擦副施加控制電位或電壓時，外加的控 制電位、槽電壓、環(huán)路電流以及傳感器7中的力信號由計算機同步采集。本實施例利用三電極控制方式考察了氧化鋯陶瓷/不銹鋼摩擦副的摩擦系數(shù)對 控制電位的響應，試驗的具體實施步驟如下(參照圖1)將下試樣不銹鋼加工成試樣1卡在溶液槽5中，三個大小相同的氧化鋯陶瓷球2 作為上試樣裝在一卡具中，并通過聯(lián)軸器與電機軸9相連，在電機軸的帶動下作旋轉運動， 石墨電極3也隨電機軸作旋轉運動，通過杠桿方式對摩擦副進行加載。試驗前，將兩摩擦件在丙酮中超聲3分鐘，隨后用去離子水超聲清洗。溶液槽中加 入適量濃度的表面活性劑水溶液。上下試樣的摩擦力由安裝在機架和溶液槽間的測力傳感 器測出，并同步采集到計算機進行數(shù)據(jù)處理。試驗參數(shù)如下載荷10N;電機轉速IOOrpm；控制電位-1. 0 0. 2V (相對于飽和甘汞電極，SCE)；控制方式方波電位試驗時間分配開路為10秒，負電位為30秒，正電位(或開路電位)為20秒。潤滑劑分別為四種濃度的0. 05mM,0. ImM,0. 5mM, ImM的十二烷基硫酸鈉水溶液。采樣頻率400Hz。對于每種濃度的潤滑劑，在試驗前，先測量摩擦副的開路電位，然后用循環(huán)伏安法 對摩擦副進行掃描，以確定控制電位的極限值，即在控制電位的正向極限下，摩擦副不能發(fā) 生電化學氧化；在控制電位的負向極限下，溶液不能發(fā)生析氫反應。圖2為三電極控制方式中一個方波控制電位下摩擦系數(shù)隨電位變化的實驗結果。 圖加表示在ImM十二烷基硫酸鈉溶液中三電極體系中氧化鋯/不銹鋼摩擦副的摩擦系數(shù) 對槽電壓控制的響應；圖2b表示相同實例下回路中電流隨時間的變化情況。圖2的試驗結果表明開路電位時，摩擦系數(shù)處于較低值；給摩擦副施加-0. 2至-0. 4V (相對于飽和甘汞 電極)的控制電位，摩擦系數(shù)很快上升并能達到最高值；施加比-0. 4V更負的電位時，摩擦 系數(shù)能較好地維持在最高值；然后給摩擦副施加開路電位或比開路電位更正的控制電位， 摩擦系數(shù)能很快下降到開路值或甚至更低，摩擦系數(shù)的上升和下降幾乎與控制電位的變化 同步，其響應時間均在0. 5秒以內，即摩擦系數(shù)對外加控制電壓的變化響應具有很好的跟 隨性。以上同類試驗至少重復3次，偏差在10%以內。將實驗中采集到的摩擦力、槽電壓、控制電位以及回路電流信號進行處理后，將各 個控制電位下響應的參數(shù)取平均，然后繪制出圖3中的各種參數(shù)關系圖。圖3a表示0. ImM 十二烷基硫酸鈉溶液中氧化鋯/不銹鋼摩擦副不同電位所對應的摩擦系數(shù)、圖北表示 0. ImM十二烷基硫酸鈉溶液中氧化鋯/不銹鋼摩擦副不同電位所對應的電流；圖3c表示硫酸鈉溶液中氧化鋯/不銹鋼摩擦副不同電位所對應的槽電壓。其中圖3中的槽電壓與電位的關系圖，可作為兩電極控制方式的槽電壓參考值。實例2利用兩電極方式考察了氧化鋯陶瓷/不銹鋼摩擦副的摩擦系數(shù)對控制電壓 的響應。圖4為一個方波控制電壓下摩擦系數(shù)隨槽電壓變化的實驗結果。圖4示出了在 ImM十二烷基硫酸鈉溶液中兩電極體系中氧化鋯/不銹鋼摩擦副的摩擦系數(shù)對槽電壓控制 的響應情況。該結果表明禾_三電極控制方式時測得的槽電壓與電位關系圖，采用兩電極 控制方式可以獲得與三電極控制方式相近的效果，從而可以簡化控制系統(tǒng)的構成。實例3考察了氧化鋯陶瓷/不銹鋼摩擦副的摩擦系數(shù)隨系列方波控制電位的響應 (如圖5所示)，試驗的具體實施步驟如下本組試驗的裝置和方法與實例1相同，只是控制電位的施加方式改為系列方波。 圖5示出了在0. 5mM十二烷基硫酸鈉溶液中氧化鋯/不銹鋼摩擦副的摩擦系數(shù)隨系列方波 控制電位變化的響應情況，試驗結果表明，摩擦系數(shù)的上升及下降幾乎與控制電位的變化 同步，其響應及恢復時間均在0.5秒以內，這說明摩擦系數(shù)對連續(xù)變化的方波電位的跟隨 性很好。實例4考察了陶瓷/不銹鋼摩擦副在長時間控制電位下摩擦系數(shù)(如圖6所示) 的穩(wěn)定性。圖6示出了在0. 5mM十二烷基硫酸鈉溶液中氧化鋯/不銹鋼摩擦副長時間電控 摩擦效果，實驗結果表明，在-0. 4V的控制電位作用下，摩擦系數(shù)從開路電位的0. 1左右突 升至0. 5左右，然后逐漸下降，經過兩分鐘左右，摩擦系數(shù)并趨于0. 4左右的穩(wěn)定值，當再給 摩擦副施加開路電位時，摩擦系數(shù)快速下降并恢復到0. 1左右。機器的長時間可靠穩(wěn)定運行是其工程應用的一個基本要求，但前面幾個實例中的 電控摩擦實驗所經歷的時間較短，為了將電控摩擦應用于工程實踐中，必須對其長時間的 穩(wěn)定性效果進行考察。實例4的結果表明，摩擦系數(shù)在長時間控制電位下的穩(wěn)定性較好。圖7為三電極控制方式中不同濃度潤滑劑的摩擦系數(shù)與控制電位之間的關系示 意圖。分別示出了四種濃度的潤滑劑，包括0. 05mM,0. ImM, 0. 5mM, ImM四種濃度的的十二烷 基硫酸鈉水溶液。圖7中的摩擦系數(shù)為相應控制電位下的平均值。實驗方法與實例1相同。試驗表 明，控制電位與摩擦系數(shù)有一定的相關性。并且，控制電位存在一個閾值電位，對于濃度低 于ImM的十二烷基硫酸鈉溶液，當控制電位比-0. 3V更負時，摩擦系數(shù)基本保持一比較穩(wěn)定 的值，在-0. 1至-0. 3V電位之間，摩擦系數(shù)上升很快并與控制電位有近似線性的對應關系。試驗表明，對于ImM以下的較低濃度的十二烷基硫酸鈉水溶液，其開路電位下的 基礎摩擦系數(shù)處于0. 1左右的較低值；當給摩擦副施加比-0. 3V更負控制電位，摩擦系數(shù)能 很快上升到0. 4-0.5 ；當控制電位比開路電位更正時，摩擦系數(shù)又能很快恢復到基礎摩擦 系數(shù)甚至更低。摩擦系數(shù)對控制電位變化的跟隨性很好，且摩擦系數(shù)對控制電位變化的響 應和恢復時間也均在0. 5秒以內。實例5分別考察了不同濃度潤滑液、不同控制波形在不同控制方式下的摩擦系數(shù) 的電控效果。對于每一種潤滑劑，首先在三電極控制方式中運用三角波控制電位測得摩擦 系數(shù)在可控范圍內所對應的槽電壓，接著將此槽電壓的極限值作為以正弦波的形式應用在 兩電極控制方式中。
參照圖8a，示出了在0. ImM十二烷基硫酸鈉溶液中，采用三角波電位控制，氧化鋯 /不銹鋼摩擦副的摩擦系數(shù)的控制效果。參照圖8b，示出了在0. ImM十二烷基硫酸鈉溶液中，采用正弦波槽電壓控制，氧化 鋯/不銹鋼摩擦副的摩擦系數(shù)的控制效果。參照圖9a，示出了在0. 5mM十二烷基硫酸鈉溶液中，采用三角波電位控制，氧化鋯 /不銹鋼摩擦副的摩擦系數(shù)的控制效果。參照圖％，示出了在0. 5mM十二烷基硫酸鈉溶液中，采用正弦波槽電壓控制，氧化 鋯/不銹鋼摩擦副的摩擦系數(shù)的控制效果。參照圖10a，示出了在ImM十二烷基硫酸鈉溶液中，采用三角波電位控制，氧化鋯/ 不銹鋼摩擦副的摩擦系數(shù)的控制效果。參照圖10b，示出了在ImM十二烷基硫酸鈉溶液中，采用正弦波槽電壓控制，氧化 鋯/不銹鋼摩擦副的摩擦系數(shù)的控制效果。實驗表明，對于三電極方式中的三角波控制電位，摩擦系數(shù)有近似三角波的跟隨 性變化；對于兩電極方式中的正弦波槽電壓，摩擦系數(shù)有近似正弦波的跟隨性變化。本發(fā)明將金屬與金屬或金屬與陶瓷構成的滑動摩擦副置于表面活性劑水溶液中， 摩擦系數(shù)的變化可以通過三電極方式或兩電極方式來實現(xiàn)。使用三電極方式時，摩擦副中 的金屬側充當工作電極，在摩擦副接觸區(qū)附近設置一輔助電極作為對電極，用一參比電極 控制工作電極的電極電位來對摩擦系數(shù)進行控制；使用兩電極方式時，直接通過調整工作 電極和對電極之間槽電壓的大小及極性來控制摩擦系數(shù)，但所施加電壓的范圍和大小應依 據(jù)工作電極的電極電位與槽電壓之間的關系確定。本發(fā)明可廣泛應用于摩擦驅動、摩擦制 動的裝置中，為其可靠性和可控性提供了技術保障。以上對本發(fā)明所提供的一種表面活性劑水溶液中金屬摩擦副摩擦系數(shù)的主動控 制方法，進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述， 以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一 般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所 述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。
權利要求
1.一種表面活性劑水溶液中金屬摩擦副摩擦系數(shù)的主動控制方法，其特征在于，滑動摩擦副的金屬一側為工作電極，在摩擦副附近設置一適當面積的惰性材料作為輔 助電極；通過向滑動摩擦副之間施加相應的控制電位，以主動控制獲得所需的摩擦系數(shù)；其中，所述滑動摩擦副由金屬材料與陶瓷或金屬材料構成；所述潤滑劑為表面活性劑 水溶液。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述滑動摩擦副為點接觸、線接觸或面接觸。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，表面活性劑為陰離子型、陽離子型或兩性離子型；表面活性劑含量不超過其臨界膠束濃度的0. 2倍。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，表面活性劑含量的范圍為其臨界膠束濃度的0. 005-0. 2倍。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在摩擦副接觸區(qū)附近設置一陽極材料作為輔助電極，輔助電極與摩擦副的金屬一方不 接觸，并始終保持一定的間隙，該間隙充滿潤滑液；所述陽極材料為石墨電極或者鉬電極，所述間隙為l_2mm。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所施加的外部電源的電源功率與摩擦副中金屬一方的尺寸相關，供電電壓小于等于 3V ；電流密度小于等于4mA/cm2。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，當采用兩電極方式施加電壓時，以摩擦副的金屬一側作為工作電極，輔助電極作為對 電極；若潤滑液是陰離子型或兩性離子型表面活性劑水溶液，當需要增大摩擦系數(shù)時，工作 電極與電源負極相聯(lián)、對電極與電源正極相聯(lián)，并施加大小合適的電壓；當需要降低摩擦系 數(shù)時，將工作電極和對電極的極性對調，并施加大小合適的電壓。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，當采用兩電極方式施加電壓時，以摩擦副的金屬一側作為工作電極，輔助電極作為對 電極；若潤滑液是陽離子型表面活性劑水溶液，當需要減小摩擦系數(shù)時，工作電極與電源負 極相聯(lián)、對電極與電源正極相聯(lián)，施加大小合適的電壓；當需要增大摩擦系數(shù)時，將工作電 極和對電極的極性對調，施加大小合適的電壓。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，當采用三電極方式施加電壓時，以摩擦副的金屬一側作為工作電極，輔助電極作為對 電極；并在工作電極附近增加一個參比電極用于測量和控制工作電極的電極電位；若潤滑液是陰離子型或兩性離子型表面活性劑水溶液，當需要增大摩擦系數(shù)時，通過 參比電極使工作電極處于合適的負電位；當需要降低摩擦系數(shù)時，通過參比電極使工作電 極處于合適的正電位。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，當采用三電極方式施加電壓時，以摩擦副的金屬一側作為工作電極，輔助電極作為對 電極；并在工作電極附近增加一個參比電極用于測量和控制工作電極的電極電位；若潤滑液是陽離子型表面活性劑水溶液，當需要減小摩擦系數(shù)時，通過參比電極使工 作電極處于合適的負電位；當需要增大摩擦系數(shù)時，通過參比電極使工作電極處于合適的 正電位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種表面活性劑水溶液中金屬摩擦副摩擦系數(shù)的主動控制方法，其中，滑動摩擦副的金屬一側為工作電極，在摩擦副附近設置一適當面積的惰性材料作為輔助電極；通過向滑動摩擦副之間施加相應的控制電位，以主動控制獲得所需的摩擦系數(shù)；其中，所述滑動摩擦副由金屬材料與陶瓷或金屬材料構成；所述潤滑劑為表面活性劑水溶液。本發(fā)明所施加電壓的范圍和大小可以依據(jù)工作電極的電極電位與槽電壓之間的關系確定。本發(fā)明可廣泛應用于摩擦驅動、摩擦制動的裝置中，為其可靠性和可控性提供了技術保障。
文檔編號F16N39/00GK102102805SQ20091024195
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月16日 優(yōu)先權日2009年12月16日
發(fā)明者孟永鋼, 田煜, 賀四清 申請人:清華大學