α-烯烃添加剂对变载荷条件下a-C/PAO复合体系摩擦性能的影响机制研究

为解决机械系统中摩擦能耗高、润滑性能不足的问题，研究人员通过反应分子动力学（RMD）模拟，系统探究了α-烯烃（AO）作为添加剂对非晶碳（a-C）/聚α-烯烃（PAO）复合体系在变载荷条件下的摩擦行为影响。研究发现，AO分子通过界面钝化和流体润滑的协同作用显著降低摩擦系数，尤其在高压（50 GPa）下长链AO的断裂与重组机制主导摩擦性能变化。该研究为设计高性能润滑系统提供了原子尺度理论指导。

　　

摩擦与磨损是机械系统面临的重大挑战，全球每年约23%的能源消耗源于摩擦损耗。非晶碳（a-C）薄膜因其高硬度和低摩擦系数成为理想固体润滑材料，而将其与聚α-烯烃（PAO）基础油结合形成的固-液复合润滑系统可显著提升部件寿命。然而，PAO合成过程中残留的α-烯烃（AO）分子对润滑性能的影响机制尚不明确，尤其在变载荷工况下，传统实验手段难以揭示原子尺度的动态过程。为此，中国的研究团队通过反应分子动力学（ReaxFF）模拟，首次系统解析了AO分子链长（C₅H₁₀、C₈H₁₆、C₁₂H₂₄）对a-C/PAO体系摩擦行为的调控机制。

研究采用LAMMPS软件构建包含a-C基底、PAO（C₄₀H₈₂）和AO分子的滑动模型，通过三阶段变载荷（5-50-5 GPa）模拟，结合界面结构演化和流体动力学分析，揭示了压力依赖的摩擦机制。

Methods
通过原子沉积模拟生成a-C结构，利用ReaxFF力场描述化学键断裂与重组，模拟变载荷条件下AO/PAO混合润滑剂的流动行为与界面反应。

Results and discussion

1. 低压阶段（5 GPa）：流体润滑主导，长链AO降低润滑剂流动性，摩擦系数稳定；
2. 高压阶段（50 GPa）：界面钝化与C-C键形成竞争，C₁₂H₂₄因分子断裂生成短链片段，削弱钝化效果；
3. 载荷回降阶段（5 GPa）：断裂后的AO片段重构界面，摩擦差异减小。

Conclusion
研究阐明了AO分子通过动态钝化与流体润滑协同降低摩擦的机制，为设计适应变载荷的高性能润滑系统提供了理论依据。论文发表于《Applied Surface Science》，其原子尺度动态分析填补了传统实验的空白，对航空航天等高载荷机械系统的润滑优化具有重要指导意义。