Cu、Ni纳米颗粒及其复配体系润滑油添加剂的摩擦学行为研究

发布时间：2020-09-04 14:47

　　摩擦磨损在自然界普遍存在,由此带来的经济与能源损失十分巨大。传统润滑油添加剂由于本身结构不稳定,在高速摩擦过程中,一方面会产生对环境有害的化学元素(S、P等);另一方面这些元素在高温高压试验或应用条件下会腐蚀仪器,造成仪器寿命缩减,影响工况。纳米级润滑油添加剂的发展开始着力解决这类问题。在众多纳米级润滑油添加剂当中,金属纳米颗粒既具有金属自身的优势,又具有纳米材料的特性,同时满足环境友好型社会的要求,这使得金属纳米颗粒具备了成为新型润滑油添加剂的可能性。Cu纳米颗粒由于其低的剪切强度、超强的延展性、低熔点、良好的传导性;Ni纳米颗粒能够高度磨光和抗腐蚀,具有良好的延展性和高的表面活性能。综上所述两者都具有传统润滑油添加剂不可比拟的优点,从而在摩擦学领域中有着广泛的应用前景。因此我们主要的研究内容和结果如下:(1)通过自制纳米粉体工业化生产设备,采用宏量制备技术制备的Cu、Ni纳米颗粒具有分散性好、尺寸小、粒度分布均匀、具有核壳结构等优点,符合作为润滑油添加剂的实验要求。(2)将Cu纳米颗粒作为润滑油添加剂加入到PAO6基础油中,形成润滑油胶体体系。采用润滑油抗磨损性能测定法(四球法),确定Cu纳米颗粒最优添加比为0.1wt.%,并阐释金属纳米颗粒作为润滑油添加剂的润滑机理是“微轴承”和沉积膜混合作用机制。复配效应研究发现Cu纳米颗粒润滑油添加剂与常用相容剂油酸(OA)复配有更好的抗磨减摩效果,而与抗氧抗腐剂二烷基二硫代磷酸盐(ZDDP)的复配效果不佳。(3)将Ni纳米颗粒作为润滑油添加剂加入到PAO6基础油中,形成润滑油胶体体系。采用润滑油抗磨损性能测定法(四球法),确定Ni纳米颗粒最优添加比为0.5wt.%,复配效应研究发现Ni纳米颗粒润滑油添加剂与常用相容剂油酸(OA)复配有更好地抗磨减摩效果,而与抗氧抗腐剂二烷基二硫代磷酸盐(ZDDP)的复配效果较差。(4)将Cu、Ni纳米颗粒通过复配形式,配制成不同质量分数的润滑油胶体体系,采用润滑油抗磨损性能测定法(四球法)进行正交实验。研究发现最优总添加量为0.5wt.%,最优的Cu、Ni纳米颗粒的配比wt_(Cu)%∶wt_(Ni)%=60%∶40%。进而研究发现Cu、Ni纳米颗粒复配体系与OA的三元复配有更好的抗磨减摩效果。(5)将Cu纳米颗粒按照最优添加比为0.1wt.%加入CD~+级坦克油中,对CD~+级坦克油进行改进实验,采用润滑油抗磨损性能测定法和润滑剂承载能力测试法进行摩擦学实验,结果表明加入Cu纳米颗粒润滑油添加剂之后的CD~++Cu体系相比于CD~+级坦克油摩擦系数与磨斑直径分别下降了29.12%、17.63%;将Cu纳米颗粒按照最优添加比为0.1wt.%添加入CF-4、CH-4、CJ-4全配方油中,对CD~+级坦克油进行替代研究,通过四球试验机进行长磨及极压性能测试,Bruker磨损试验机进行不同载荷下摩擦学性能测试,结果表明CF-4+Cu全配方润滑油体系表现出更好地替代CD~+级坦克油效果。
【学位单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE624.81;TB383.1
【部分图文】：

层状结构,纳米

兰州大学硕士学位论文 Cu、Ni 纳米颗粒及其复配体系润滑油添加剂的摩擦学行为研究盐在摩擦学的应用做了详细的阐述，纳米硼酸盐已经广泛的被运用于固体润滑，它的层状结构如图 1-1 所示，其抗磨减摩属性归因于它倾向于形成具有平行于原子层的三原子晶体结构。与 h-BN 类似，B，O 和 H 原子紧密相连在每层硼酸中，彼此通过共价键包装和结合，而层与层之间由弱范德华力保持在一起。因此，层之间很容易剪切并相互滑动，提供系统中的润滑性[47]。

润滑机理,纳米颗粒

图 1-2 MOS2纳米颗粒润滑机理[51] MOS2作为润滑油添加剂一样，纳米 WS2作为润滑油添量报道。Aldana P U 等人[55]在对 ZDDP 添加剂存在情况学行为研究中发现，在边界润滑条件下 WS2纳米颗粒的，XPS 分析表明在摩擦表面凹槽处存在 WS2纳米颗粒，磨损。Ratoi M[56]对 WS2纳米添加剂的作用机理进行了研所示。在摩擦生热过程中，摩擦膜由一系列化学元素组成。同样地随着富勒烯结构研究的深入，富勒烯结构的 W添加剂的研究也越来深入。Aldana P U[22]研究发现富勒烯抗磨剂 ZDDP 之间的协同效应增强了抗磨损性能，从 X摩擦膜由锌/磷酸铁和 WS2的混合物组成。

纳米,纳米颗粒,润滑油添加剂

图 1-2 MOS2纳米颗粒润滑机理[51]米 MOS2作为润滑油添加剂一样，纳米 WS2作为润滑油添加剂大量报道。Aldana P U 等人[55]在对 ZDDP 添加剂存在情况下的擦学行为研究中发现，在边界润滑条件下 WS2纳米颗粒的存在损，XPS 分析表明在摩擦表面凹槽处存在 WS2纳米颗粒，形成小磨损。Ratoi M[56]对 WS2纳米添加剂的作用机理进行了研究，3 所示。在摩擦生热过程中，摩擦膜由一系列化学元素组成，起用。同样地随着富勒烯结构研究的深入，富勒烯结构的 WS2纳油添加剂的研究也越来深入。Aldana P U[22]研究发现富勒烯结构与抗磨剂 ZDDP 之间的协同效应增强了抗磨损性能，从 XPS 结，摩擦膜由锌/磷酸铁和 WS2的混合物组成。

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