金属纳米添加剂在碳基薄膜固-液复合润滑体系中作用机制的研究

发布时间：2020-05-28 13:30

【摘要】：固体-液体复合润滑技术是通过利用固体润滑材料与液体润滑材料间的协同效应,来提高润滑效果,改善极端工况下材料摩擦磨损的一种重要手段。目前,润滑油添加剂的设计都是基于与金属表面的相互作用,与碳基薄膜不匹配,且多为硫磷化合物污染环境。因此设计合成不含硫磷基团,同时又能与碳基薄膜有良好匹配性的环境友好型添加剂成为解决碳基薄膜固-液复合润滑系统的关键问题。利用金属纳米微粒既可以与碳基薄膜产生强的物化作用以及可与金属形成紧密结合的特性;采用无硫磷基团修饰的金属纳米微粒作为碳基薄膜固-液复合润滑系统的添加剂具有巨大潜力。为研发针对碳基薄膜固-液复合润滑体系的环境友好型添加剂提供一条新途径,为金属纳米微粒对碳基薄膜固-液复合润滑体系润滑、磨损机制的研究提供有效的理论依据。主要研究结果如下:(1)利用NP-V纳米粉体宏量生产设备制备出具有球形度高、颗粒之间单分散、无团聚的金属Cu纳米微粒,并将金属Cu纳米颗粒添加至基础油PAO6获得稳定分散的纳米润滑剂。(2)Cu纳米微粒作为基础油添加剂在钢/钢、钢/DLC和钢/WC-DLC配副体系中均体现出优异的摩擦学性能,特别是在碳基薄膜固-液复合润滑体系中表现良好的协同润滑效应,摩擦磨损显著降低,摩擦系数降低8.7%~32.6%,磨损率降低幅度达75.9%~83.7%。(3)钢/钢配副体系中Cu纳米颗粒添加剂通过物理吸附层和“微轴承”机制;金属Cu纳米微粒在钢/DLC、钢WC-DLC配副作用机制主要依赖于纳米微粒的纳米轴承和纳米填充等物理效应,与Cu纳米微粒的剪切成膜关联不大。其中,金属Cu纳米微粒与碳基薄膜表面的抛光行为是纳米微粒的纳米轴承机制得以充分发挥的关键。(4)通过表面活性剂改善Cu纳米微粒的分散稳定性以及与碳基薄膜固体润滑材料的匹配性,能进一步改善Cu纳米微粒与碳基薄膜的协同润滑作用。油酸复合Cu纳米微粒在钢/DLC、钢/WC-DLC配副体系协同润滑性能最佳,能够显著降低摩擦副磨损率,分别降低88.9%和97.1%。酯类化合物在摩擦过程中发生摩擦化学反应生成的金属皂化反应层具有更强的抵抗磨损的能力,因此钢/DLC配副、钢/WC-DLC配副在酯类化合物复合Cu纳米微粒油中均具有较低磨损,而酯类化合物在WC-DLC表面的强吸附作用使得钢/WC-DLC配副在油酸化合物复合Cu纳米微粒表现出更低磨损率。
【图文】：

力避免的阻力，造成能源消耗；磨损一般都被认为主要形式[3]。现代机械部件中的一些精密组件，及时更换维修。因此，减小摩擦、磨损是延长相对运动的接触面间加入恰当的润滑剂，是降手段，其对设备安全高效运行，提高生产效率具滑剂或液体润滑剂是减少机械运转中的摩擦的滑材料（PTFE、Gu-Ag 合金等），加入固体润润滑行为主要分为水润滑、油润滑、气氛润滑等的研究现状结构与分类 sp3 和 sp2 两种结构碳原子组成的非晶态碳材料氢含量以及掺杂元素等，可以将碳基薄膜划分氢四面体非晶碳（ta-C:H）、含氢无定形碳（a

兰州交通大学硕士学位论文结构更简单的甘油作为润滑剂，也发现了无氢 DLC 表现出超低的摩擦磨损。通过TOF-SIMS 研究，提出甘油润滑下无氢 DLC 的超低摩擦系数可能源于 DLC 表面的羟基化作用。这些研究结果表明，DLC 在边界润滑条件下的减摩抗磨可能基于与金属完全不同的摩擦物理、化学机理，因而 DLC 与其他官能团润滑剂的边界润滑性能尚待挖掘。碳基薄膜特殊的表面物理化学特性，其在基础油中的润滑行为与传统金属钢摩擦副存在显著差异，同时，很多针对金属摩擦副合成的传统化学活性添加剂对碳基薄膜的减摩抗磨效应并不显著，亟需全面系统研究碳基薄膜的介质润滑行为，完善相关润滑理论发展适于碳基薄膜表面的新型纳米润滑添加剂，提出基于碳基薄膜的固-液复合润滑体系的构筑理论，并探索出适于碳基薄膜材料高可靠、高效润滑技术。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH117.2

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本文编号：2685308