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冷轧生产中采用工艺润滑技术不仅能够降低力能消耗和金属损失,还能改善轧后板带的表面质量。从20世纪80年代兴起的纳米技术被广泛应用于各技术领域。在现代工业水平的基础上,将润滑技术与纳米技术结合起来,制备出同时具有抗磨、减摩和修复功能的润滑材料,是近年来摩擦与润滑领域的研究热点,也是推动润滑技术发展的突破点。纳米颗粒添加剂由于其本身特性(如小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等),使其不同于传统的润滑添加剂,表现出更加优异的润滑性能。本文将纳米颗粒添加到冷轧润滑液中,研究了纳米颗粒对冷轧润滑性能的影响。在实验室以纳米铁粉为例添加到润滑液中进行了冷轧试验研究。为了对试验现象做出理论解释,基于液-固二相流理论并考虑颗粒的影响,对轧制润滑进行了理论研究,论文主要工作及内容如下: (1)研究了纳米铁粉对冷轧润滑性能的影响。通过对添加与未添加铁粉的润滑液在轧制过程中的力能参数和轧后表面质量进行分析,表明添加铁粉颗粒不仅可以使轧制过程轧制力降低,还能使轧后表面粗糙度下降。 (2)分别配制了铁粉浓度为0%、0.03%、0.06%、0.09%、0.12%五种润滑液,在相同的轧制工艺下对比分析铁粉浓度不同的润滑液对轧制过程中轧制力、轧制稳定性、轧后板带表面粗糙度、表面清洁度的影响,结合各钢板表面扫描电镜照片分析,表明当铁粉的添加量为0.06%时,钢板轧制过程力能参数和钢板质量的综合效果最好。 (3)将轧制速度升高至4m/s,研究了铁粉在升速以及高速阶段对轧制过程的影响。结果表明:含铁粉的润滑液所对应的轧制力随着速度的上升呈现下降趋势,并且在4m/s的轧制速度下,铁粉颗粒对轧制稳定性没有负面影响。 (4)对常用的润滑油粘度模型进行对比分析,并考虑实际轧制生产中参数(轧制力、油膜温度)的变化,选择Roelands粘度模型作为轧制润滑理论中粘度模型。在此基础上,结合颗粒对粘度的影响,提出了包含颗粒浓度、颗粒密度的温度-压力-粘度模型。 (5)在二相流理论的基础上,考虑颗粒对润滑性能的影响,给出了颗粒对润滑液承载性能的影响规律。随着颗粒浓度的增加,颗粒承载不可忽略而且呈增加趋势,此时总载荷是由微凸体、流体和颗粒共同承担的。