纳米羟基硅酸镁与ZDDP的协同减磨性能研究

发布时间：2020-04-26 11:42

【摘要】：摩擦学是研究相对运动表面间的摩擦、磨损和润滑的科学技术。减轻摩擦,降低磨损一直是一个永恒而重要的研究课题。从19世纪50年代起,二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)就作为润滑油的主要抗磨剂使用至今,然而它会降低汽车尾气催化剂的寿命,释放含磷、硫等有害物质,因此找到一种新型、“绿色”润滑油抗磨剂来代替或部分代替ZDDP具有重要的研究意义。人工合成纳米羟基硅酸镁(MSH)纳米材料具有独特的层状结构,其作为润滑油添加剂具有优异的摩擦学性能,本文将研究人工合成MSH与ZDDP的协同摩擦学性能。首先利用高温高压水热合成法,设置反应温度200℃、转速450r/min、反应时间12h,制得羟基硅酸镁纳米粉体,并借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线荧光衍射(XRD)对其形貌,结构等进行表征。其次,研究了不同试验条件下MSH纳米粉体作为润滑油添加剂的摩擦学性能。通过静置沉淀法研究了不同分散剂条件下,纳米粉体在基础油PAO10中的分散性能;利用四球摩擦磨损试验机进行摩擦学试验,筛选出使MSH具有最优分散性能及摩擦学性能的分散剂类型。在此基础上,探讨了分散剂添加量、纳米粉体添加量对MSH摩擦学性能的影响和不同载荷、转速条件下纳米粉体的摩擦学性能。最后,对传统抗磨添加剂ZDDP进行摩擦学性能测试,并在特定工况下与MSH纳米粉体添加剂的减摩抗磨效果进行对比。并且将ZDDP与MSH纳米粉体进行复配,对其在PAO10基础油中的协同摩擦学性能进行试验,分别探讨了复配过程中ZDDP添加量以及分散剂添加量对其协同摩擦学性能的影响。借助SEM、X射线能谱仪(EDS)等手段对磨损表面进行形貌及元素分析,初步探究其抗磨机理。试验结果表明,不同类型分散剂对MSH纳米粉体在PAO10中的分散性能及摩擦学性能有重要的影响,通过分散剂对纳米粉体表面进行改性,可以显著改善其分散性能,并且在摩擦过程中,显著提高摩擦稳定性,降低磨损;随着分散剂添加量的增多,MSH作为润滑油添加剂对应磨斑直径值先减小后增大;MSH纳米粉体添加量的改变对磨斑大小没有显著的影响,并且其在高速高载、高速低载、中速高载的工况下具有较优的抗磨效果;与ZDDP相比,纳米粉体及Span80在基础油PAO10中的摩擦系数较小且稳定性提高,磨损量降低;ZDDP与MSH纳米粉体具有优异的复配减磨抗磨性能,磨损表面相对更加平整、光滑,并且生成了一层含有Fe、C、O、Mg、Si、P、S、Zn等元素的减摩抗磨膜。
【图文】：

曲线,摩擦磨损试验机,钢球

轴向载荷的范围在４０Ｎ－１０ＫＮ，载荷的加载可以实现无级可调；液压式逡逑手动加载；主轴转速范围２００－２０００ｒｐｍ；试验机并带有加温装置，以此达到试验需逡逑要的温度？，摩擦力测量范围１－３００Ｎ；试验钢球精度Ｇ１０级。四球试验机如下图２－２逡逑所示。逦逦逡逑逦逡逑一圉逡逑．．玉１邋ｇｗ邋＼逦？邋ｍｔｍ邋（ＭＭ逡逑｜邋ａ逦？逡逑图２－２四球摩擦磨损试验机逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｔｈｅ邋ｆｏｕｒ邋ｂａｌｌ邋ｔｅｓｔｅｒ邋ｍａｃｈｉｎｅ逡逑该四球试验机下面油槽装置中可以固定三个钢球，上面一个钢球固定并通过逡逑旋转与下面三个钢球接触，因此是点接触的形式，摩擦形式为滑动摩擦。通过左逡逑侧的控制面板，可以设置实验所要求的转速、载荷、温度、试验时间等各项参数，逡逑试验进行中可以实时获得相关的摩擦力、摩擦系数曲线。此外常用的功能还包括逡逑测量润滑油添加剂最大无卡咬负荷ＰＢ值、烧结负荷ＰＤ值、综合磨损ＺＭＺ值等，逡逑以此评定润滑油添加剂的摩擦学性能。逡逑高温高压反应釜：主要用于羟基硅酸镁水热合成时的反应装置。上半部分为逡逑反应装置，主要由外罩和内罩两部分组成，外罩是不锈钢结构，内罩是聚四氟乙逡逑１４逡逑

干燥箱,电热,高温高压,外界

釜内部的温度可以显示在控制界面上。反应釜的电机部分带动外磁体旋转，外磁逡逑体过磁力线耦合反应，带动内罩内的磁力棒以一定速率转动，实现反应物之间充逡逑分接触反应。高温高压反应釜如下图２－３所示。逡逑ｌ邋ｉ邋ｍＳｍ邋；；；－逡逑图２－３高温高压反应爸逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｈｉｇｈ邋ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ邋ａｎｄ邋ｈｉｇｈ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｒｅａｃｔｏｒ逡逑电热鼓风千燥箱：电热鼓风式干燥箱是非封闭式干燥箱，内部与外界有端口逡逑相通，自带排风系统，可以设置工作温度并平衡调温，，最高工作温度３００°Ｃ。主要逡逑用于对水热反应得到的羟基硅酸镁粉体进行干燥。逡逑电子天平：精确称量式电子天平，称量之前首先要确保仪器清零，否则称量逡逑会出现不准确。主要通过电子天平来称量基础油、纳米粉体，确保按一定的比例逡逑进行添加。逡逑磁力搅拌器：磁力搅拌器内部有磁力装置，搅拌时在烧杯中加入磁力棒，磁逡逑力棒的旋转使粉体分散。磁力搅拌器一般具有磁力搅拌和加热的功能。逡逑超声波分散仪：主要用于对实验之前ＧＣｒｌ５不锈钢球进行超声，去除表面的逡逑油溃和杂质。逡逑光学显微镜：对磨损试验后的钢球进行测量，可以得到磨斑直径大小。逡逑高速振动球磨机：主要用来对研磨后的粉体进一步粉碎
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE624.81;TH117.1

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