黑磷纳米片作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究

发布时间：2020-05-06 17:19

【摘要】：地球上接近一半的一次能源消耗在摩擦磨损环节,当发生严重磨损时也会加快零件的失效和机械设备的损坏。润滑是可以有效的降低机械设备的磨损从而延长设备的使用寿命的重要途径。在当今的技术中,将纳米颗粒添加到基础油中来提高润滑油的润滑性能已是摩擦学科研工作者们的重要研究方向之一。黑磷具有特殊的层状结构,层与层之间依靠弱的范德华力结合起来,容易发生层间滑移,具有较好的润滑性能。因为黑磷纳米片的价格昂贵,所以迫切需要将其它润滑剂与黑磷纳米片复合形成新的复合润滑颗粒来降低使用成本和提高其在特殊工况下的润滑性能。本文通过热溶剂法制备黑磷纳米片,并通过在黑磷纳米片的表面沉积钛的苯磺酸酯和二氧化钛制备出复合微粒,研究它们作为润滑油添加剂的摩擦学性能。本文首先通过高能球磨法将红磷转化成块状黑磷,然后以块状黑磷为原料,通过热溶剂法制备黑磷纳米片。利用物理吸附效应成功制备钛的苯磺酸酯/黑磷纳米片(TiL_4/BP-ns)复合微粒;利用溶胶-凝胶法制备二氧化钛/黑磷纳米片(TiO_2/BP-ns)。将制备的微粒分散在PAO6基础油中,研究了不同微粒在钢-钢摩擦副的润滑性能。结果表明:黑磷纳米片在低载荷下表现出较好的润滑性能,主要原因是黑磷纳米片的层间滑移和在摩擦表面形成摩擦反应膜;在高载条件下含TiO_2/BP-ns复合微粒的PAO6表现出了较好的润滑性能,当添加适宜浓度的TiO_2/BP-ns后磨损形式由严重的磨粒磨损转变成极其轻微的磨粒磨损,其摩擦学机制可归于TiO_2承载、形成摩擦反应膜以及黑磷纳米片层间滑移共同作用;与含TiO_2/BP-ns复合微粒的PAO6相比,含TiL_4/BP-ns复合微粒的PAO6只在20N载荷下表现出减摩作用,并且对磨损表面分析发现其磨损表面犁沟变深。将TiO_2与BP-ns以不同的理论质量比复合后添加到基础油PAO6中,采用正交试验方法研究其在Si_3N_4-TC4合金摩擦副的摩擦学性能。结果表明:各因素对上试样磨斑直径的影响顺序为载荷滑动速度理论质量比浓度;当添加TiO_2/BP-ns后,磨损表面的粘着磨损的程度减小;当复合微粒中TiO_2与BP-ns理论质量比为2:1时表现出更好的润滑性能,可能是相对于其它质量比的复合微粒,此种质量比的复合微粒在磨损表面形成摩擦反应膜不易被破坏。
【图文】：

得了经典的 Stribeck 曲线(如图 1.1 所示数是最高的，而边界润滑状态广泛存在正常运转的工况下也有相当长时间是处摩擦系数能够明显改善摩擦副润滑状态

图 1.2 黑磷结构示意图[13]Fig1.2 Structural schematic diagram of black phosphorus于二维黑磷的成功制备，使得二维材料领域又多离黑磷并对其性质进行研究成为相关领域工作者
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE624.82

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本文编号：2651600