硫化锌及其衍生物作为固体润滑剂的摩擦学性能研究

发布时间：2020-03-20 08:24

【摘要】：随着现代化工业的发展,已有润滑油脂产品已无法满足新型机械设备和苛刻工况的要求。固体润滑添加剂可以有效地改善润滑油脂的承载力、抗磨和减摩性能,弥补润滑油脂在苛刻条件下使用的缺陷。金属硫化物是一类重要的固体润滑添加剂,其中二硫化钼在极压、减摩和抗磨方面具有优良的性能,已被广泛应用于多种润滑剂产品。但钼元素属于稀散元素,随着全球资源的可持续性发展,需要不断研发自然界元素储量丰沛且润滑性能优良的固体润滑添加剂来补充和丰富现有的润滑剂产品,以满足多种工况的需求。ZnS是一种用途广泛的金属硫化物材料,目前ZnS作为固体润滑剂的研究主要包括涂层和润滑油,在润滑脂中的研究还鲜有报道。本文针对润滑脂固体添加剂对材料粒径和形貌的要求,分别合成了层状ZnS·(en)_(0.5)材料(ethylenediamine,简写en)、微米片ZnS和微米球ZnS材料。选用四球摩擦磨损试验机和高频往复SRV-V摩擦磨损试验机对所合成材料作为锂基润滑脂固体润滑添加剂的摩擦学性能进行了研究,并采用SEM、EDS、3D白光干涉仪及XPS对摩擦副磨损表面进行分析表征。主要研究和结论如下:1、在氯化锌-硫粉-乙二胺体系下,制备粒径为3~5μm的微米片ZnS·(en)_(0.5)(Zn S·(en)_(0.5)-片),并用煅烧方法制备了粒径和形貌与ZnS·(en)_(0.5)一致的微米片ZnS(ZnS-片),在硝酸锌-硫脲-二乙烯三胺-水体系下,制备粒径为3~5μm(由100~300 nm纳米片堆积而成)的微米球ZnS(ZnS-球)。2、选用四球摩擦磨损试验机研究Zn S·(en)_(0.5)-片和ZnS-片的摩擦学性能。研究结果表明,ZnS·(en)_(0.5)和ZnS均能提高基础脂的承载力和极压性能,5.0 wt.%ZnS·(en)_(0.5)的P_B值和P_D值分别为882 N和1568 N;5.0 wt.%ZnS的P_B值和P_D值分别为1372 N和1961 N。ZnS在改善基础脂的承载能力和极压性能方面优于ZnS·(en)_(0.5)。在高载低速392 N-300 rpm-120 min条件下,ZnS·(en)_(0.5)脂和ZnS脂的磨斑直径WSD值为0.53 mm和0.78 mm;在高载高速490 N-1450 rpm-120 min条件下,ZnS·(en)_(0.5)脂和ZnS脂的WSD值为0.88 mm和1.03 mm,ZnS·(en)_(0.5)在抗磨性能方面明显好于ZnS。3、从钢球磨斑表面的SEM、3D图片可以看出,ZnS·(en)_(0.5)脂的钢球磨斑表面与ZnS脂相比犁沟少且划痕浅。由XPS分析结果可知,在滑动过程中,ZnS·(en)_(0.5)和ZnS均与钢球表面发生摩擦化学反应,形成摩擦化学反应膜。从晶体结构分析,由于ZnS·(en)_(0.5)层间柱撑乙二胺,在受到挤压时,层板与层板之间有一定的伸缩弹性的空间,层间易剪切,增强了ZnS·(en)_(0.5)抗磨性能;ZnS晶体中的Zn离子和S离子是紧密相连在一起的,在受到挤压时,层间不如ZnS·(en)_(0.5)易滑动,因此抗磨性能不如ZnS·(en)_(0.5);但离子间的紧密结合使得ZnS的承载能力优于ZnS·(en)_(0.5)。因此,ZnS·(en)_(0.5)和ZnS晶体结构的不同是造成这两种材料的润滑性能差异的主要原因。4、选用高频往复SRV-V摩擦磨损试验机研究ZnS-球和ZnS-片的摩擦学性能。研究结果表明,在频率50 Hz,载荷300~600 N条件下,ZnS-球脂的钢盘体积磨损量在(5.72~13.83)±0.57×10~(-4) mm~3之间波动,ZnS-片脂在(21.46~182.90)±2.15×10~(-4) mm~3之间波动。在载荷300 N,频率20~50 Hz条件下,ZnS-球脂的钢盘体积磨损量在(4.99~7.58)±0.50×10~(-4)mm~3之间波动,ZnS-片脂在(4.57~22.05)±0.46×10~(-4) mm~3之间波动。在相同的试验条件下,随着载荷或频率的提高,ZnS-球脂都保持了稳定且较低的磨损量,抗磨性能优于ZnS-片脂。5、下试件钢盘磨痕表面的SEM和3D表面分析表明,ZnS-球脂磨痕表面犁沟少且平滑,ZnS-片脂磨痕表面犁沟较多且划痕深。在高频往复运动中,ZnS-球颗粒能够像滚珠一样快速填充到钢球与钢盘的间隙中间,减少了摩擦副之间的直接接触,降低了磨损量。在高载荷往复运动时,由于ZnS-球是由纳米片堆积而成,部分ZnS-球会被挤压成纳米片,能够及时填充到摩擦副凹凸表面,对摩擦副起到保护作用。对于微米片ZnS-片颗粒,在高频率往复运动中,不能快速滑移到摩擦副接触表面,只有很少部分在摩擦副表面,造成磨损量随着载荷和频率的增大而增高。
【图文】：

图 1-1 纳米管二硫化钼的润滑机理示意图[23]Fig. 1-1 Lubrication mechanism of nanotube MoS2兵等[24]利用有机溶剂油胺（OAm）对 MoS2进行剥层处理，，并获得超薄液（Synthetic MoS）。将 OAm 与 MoS合成液分别置于第 V 类基础

1-2 MoS2合成液、油胺、基础油与商品机械用油的摩擦学性能[24]：（a）动态摩擦曲线图（b）下试盘磨损量，（c）上试球磨损量和（d）最大承载力g.1-2 Tribological Properties of the synthetic ultrathin MoS2sheet-containing lubricant, OAm,l, and a commercial engine oil: (a) COF during the tests, (b) wear volume on disks, (c) diamete
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH117.22

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1 苗云;;固体润滑剂使用的后续处理及分析[A];全国金属制品信息网第22届年会论文集[C];2010年

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4 何峰;汪武祥;张正义;肖耀福;王润;;超细金属粉末润滑剂[A];纳米材料和技术应用进展——全国第二届纳米材料和技术应用会议论文集（下卷）[C];2001年

5 王俊海;刘阳;段德莉;李曙;;金属双氧化物高铼酸盐宽温度混杂润滑行为初探[A];第十一届全国摩擦学大会论文集[C];2013年

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8 陶江;李同生;沈维长;丛培红;;常温锡青铜镶嵌型固体润滑剂材料的研究[A];第六届全国摩擦学学术会议论文集（上册）[C];1997年

9 王月梅;周惠娣;陈建敏;陈磊;冶银平;;水性环氧粘结固体润滑涂层的摩擦学性能研究[A];第八届全国表面工程学术会议暨第三届青年表面工程学术论坛论文集（四）[C];2010年

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6 ;“原子自组装纳米球”固体润滑剂节能减排助力山东万众集团步入发展快车道[N];经济参考报;2011年

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本文编号：2591525