水基潤滑液由于其良好的應(yīng)用前景被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、生物潤滑及微型機(jī)械等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)油潤滑不同，水基潤滑特性及機(jī)理均有待進(jìn)一步研究和完善。以水包油(O/W)型乳化液為例，雖然已廣泛應(yīng)用于金屬加工領(lǐng)域，但對其成膜機(jī)理的研究至今尚無定論，有待進(jìn)一步深入研究。

本文的主要工作之一是研制了適用于水基潤滑研究的測試系統(tǒng)，并對測量方法(相對光強(qiáng)法)進(jìn)行了分析、驗(yàn)證和改進(jìn)。納米級水基潤滑膜厚摩擦綜合測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了不同滑滾比下納米級潤滑膜的實(shí)時(shí)觀測及膜厚的自動(dòng)精確定位測量、加載及轉(zhuǎn)動(dòng)的自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)、操作系統(tǒng)的人性化和自動(dòng)化等功能，該系統(tǒng)具有較高的分辨率和測量精度，為水基潤滑特性及機(jī)理的研究奠定了基礎(chǔ)。對含有微量油水的成膜特性的研究結(jié)果表明，即便水中含有極微量的油時(shí)(1×10~(-3)vol%)，其成膜能力仍遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)彈流潤滑理論所預(yù)測的純水成膜能力。

本文通過對油水分子在固體界面上競爭行為的分析，利用競爭潤濕的理論，對上述現(xiàn)象的機(jī)理進(jìn)行了分析，并對不同固體表面及供液方式對微量油潤滑的影響進(jìn)行研究。設(shè)計(jì)了微量油潤滑的作用方式，為微量油潤滑的可行性提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。在對O/W型乳化液成膜特性的研究中，針對具有不同參數(shù)的乳化液進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，乳化液成膜特性與供液方式、運(yùn)動(dòng)速度、乳化劑濃度及油濃度密切相關(guān)。在對其成膜機(jī)理的研究中，以超低濃度乳化液為研究對象，發(fā)現(xiàn)乳化液的臨界速度隨乳化液濃度變化發(fā)生變化，結(jié)合對接觸區(qū)附近乳化液液滴行為的觀測，提出二次乳化機(jī)理，并建立理論模型進(jìn)行驗(yàn)證。

提出乳化液膜厚的下降并非單純由傳統(tǒng)理論提出的乏油作用引起，乳化液本體對固體表面油層的二次乳化效應(yīng)在其成膜中起到了很大作用。對液滴在接觸區(qū)附近行為的觀測為乳化液成膜機(jī)理的研究提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。通過大量實(shí)驗(yàn)和理論研究深入地分析了乳化液的成膜機(jī)理。此外，0.0005%濃度乳化液在一定條件下形成高達(dá)100nm潤滑膜的結(jié)果也為微量油潤滑的可行性提供了有力的依據(jù)。