环境友好型水基润滑剂的摩擦学性能研究

发布时间：2017-10-11 06:10

  本文关键词：环境友好型水基润滑剂的摩擦学性能研究

  更多相关文章： 水基润滑 普鲁兰多糖 果胶 甘油 润滑特性

【摘要】：随着石油枯竭、能源危机、环境污染的日益加剧，在某些领域中，水基润滑已渐渐取代油基润滑。由于水基润滑剂具有价格低廉、储运方便、资源广阔等优点，是机械润滑领域当前及今后的重要研究方向。针对目前水基润滑润滑性差、抗腐蚀性差的缺点，需要在水中加入各种水溶性功能添加剂来改善水的摩擦学特性。近来，越来越多的研究发现，水溶性高聚物加入到水中不仅可以有效提高水的粘度，从而在接触区获得较厚的润滑膜，而且又由于吸附在金属表面的聚合物阻止了两摩擦副之间的直接接触，所以可以很大程度上改善水溶性添加剂本身缺乏的摩擦学性能。 另一方面，随着近年来海洋开发的蓝色革命在全球范围内的兴起，有关海水环境下材料摩擦学性能的研究越来越受到人们的关注。海水主要是一种复杂的多种盐类的平衡溶液，因此，当水基润滑剂在海水中使用时，无机盐离子的混入是无法避免的。已有的研究发现，无机盐离子特别是阴离子可以大幅度影响水溶性聚合物在水中的溶解度，改变聚合物在表面的吸附，从而影响其摩擦学性能，然而目前有关无机盐离子对水溶性润滑添加剂摩擦学性能的研究报道并不多。 基于以上几点，我们尝试采用自然界中普遍存在的多糖类化合物（普鲁兰多糖、果胶）及甘油等作为水溶性减摩、抗磨添加剂。针对不同润滑条件，系统的分析了水基润滑添加剂的摩擦学性能，同时考察了无机盐离子对水基润滑添加剂摩擦学性能的影响，并分析了其润滑机理，以期为获得环境友好型水基润滑液提供一些借鉴。实验取得了一些阶段性成果，研究发现： （1）含普鲁兰多糖的水基润滑液在轴承钢-45#钢及轴承钢-不锈钢摩擦副中具有良好的减摩抗磨作用。普鲁兰多糖的添加明显改善了水的摩擦学性能，并随着水中普鲁兰多糖浓度的增大，减摩效果更佳。这主要是因为摩擦过程中普鲁兰多糖在接触区吸附形成有效的边界润滑膜，从而极大地降低了摩擦。在普鲁兰多糖和无机盐混合系统中，在相同的阳离子情况下，阴离子的种类直接影响普鲁兰多糖水溶液的润滑作用，其中氟离子增强了普鲁兰多糖水溶液的润滑作用，硝酸根离子则减弱了普鲁兰多糖水基润滑液的润滑作用，，而氯离子对普鲁兰多糖水基润滑液的润滑作用影响不大。阴离子的种类对普鲁兰多糖水溶液的润滑作用的影响可用Hofmeister效应来解释。 （2）实验发现，果胶水溶性润滑添加液在轴承钢-45#钢摩擦副之间能够起到良好的减摩效应。果胶水溶液润滑时，实验过程中果胶可以通过羧基吸附在钢块表面上，形成润滑层，进一步降低了摩擦系数。伴随着载荷的增大，摩擦系数呈现轻微下降趋势。盐离子对果胶水溶液的摩擦学性能具有不同的影响。这主要是因为无机盐离子影响了果胶在表面的吸附，特别是NaNO3阻止了果胶分子在表面之间的吸附，从而导致摩擦系数增大。 （3）研究了甘油及其水溶液在钢-钢、钢-铝及钢-铜摩擦副的摩擦学性能。实验结果表明，甘油水溶液在钢-钢摩擦副、钢-铜摩擦副、钢-铝摩擦副中都可作为有效的润滑剂使用，但润滑机理不同。在钢-钢摩擦副中，甘油在表面形成的吸附膜起主要润滑作用，而在钢-铜摩擦副中，甘油的存在促进了铜向对偶钢表面的转移，在钢-铝摩擦副中，由于铝具有较高的化学活性，铝的磨损机理以摩擦化学磨损为主。 总之，本文研究了普鲁兰多糖、果胶、甘油（丙三醇）三种水溶性功能添加剂的摩擦学性能，并提出了水基润滑的润滑机理。实验结果无疑对环保型水基润滑液的研究和开发提供了一定的实验支持。
【关键词】：水基润滑 普鲁兰多糖 果胶 甘油 润滑特性
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH117.2
【目录】：

• 摘要8-10
• Abstract10-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 序言13
• 1.2 润滑13-18
• 1.2.1 润滑油15-17
• 1.2.2 水基润滑17
• 1.2.3 水基润滑的润滑机理17-18
• 1.3 绿色润滑剂18-19
• 1.4 水基润滑剂的研究现状19-20
• 1.5 本文的研究背景及内容20-21
• 第2章 实验原理、方法及实验设备21-27
• 2.1 润滑液的制备21-22
• 2.1.1 水基润滑剂的选择21-22
• 2.1.2 润滑剂的配置22
• 2.2 基底的处理22-23
• 2.2.1 基底的预处理22-23
• 2.3 实验仪器及设备23-27
• 2.3.1 水基润滑液的制备设备23-24
• 2.3.2 水基润滑液摩擦学性能的表征设备24-27
• 第3章 普鲁兰糖作为水基润滑添加剂摩擦学特性的研究27-45
• 3.1 引言27-28
• 3.2 研究方法与材料28-29
• 3.2.1 样品制备28
• 3.2.2 性能表征28-29
• 3.3 结果与讨论29-43
• 3.3.1 粘度特性29-30
• 3.3.2 PU 溶液的润滑特性—轴承钢-45#钢摩擦副30-39
• 3.3.3 PU 溶液的润滑特性—轴承钢-不锈钢摩擦副39-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第4章 果胶作为水基润滑液的摩擦学特性研究45-55
• 4.1 引言45
• 4.2 研究方法及材料45-46
• 4.2.1 溶液配制45-46
• 4.2.2 性能表征46
• 4.3 结果与讨论46-53
• 4.3.1 粘度特性46
• 4.3.2 PE 溶液的润滑性能46-48
• 4.3.3 润滑机理研究48-50
• 4.3.4 盐离子对 PE 溶液摩擦学性能的影响50-53
• 4.4 本章小结53-55
• 第5章 甘油水溶液在钢-钢、钢-铝及钢-铜摩擦副中的润滑特性55-75
• 5.1 引言55-56
• 5.2 研究方法与材料56-57
• 5.2.1 样品准备56
• 5.2.2 摩擦学性能表征56-57
• 5.3 结果与讨论57-72
• 5.3.1 粘度特性57-58
• 5.3.2 三种摩擦副在干摩擦条件下的摩擦学性能58-60
• 5.3.3 三种摩擦副在水润滑条件下的摩擦学性能60-63
• 5.3.4 三种摩擦副在甘油及甘油水溶液润滑条件下的摩擦学性能分析63-72
• 5.4 本章小结72-75
• 结论75-77
• 参考文献77-83
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作83-85
• 致谢85

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本文编号：1010892