纳米金刚石对ZDDP摩擦学性能及成膜的影响
发布时间：2021-07-29 18:46
二烷基二硫代磷酸锌（ZDDP）是目前应用最广、用量最大的的润滑油添加剂之一,它通过在摩擦界面形成摩擦反应膜起到抗磨的作用。但是由于含有P、S等元素会影响车辆发动机废气中有害污染物的后期处理,这使得ZDDP在现代发动机润滑剂中的应用受到了挑战。纳米金刚石颗粒不仅具备纳米材料小尺寸效应、吸附能力强、反应活性高的特点,还具备环境友好、硬度高、化学性质稳定等优势。但是纳米金刚石颗粒的应用受到多种因素的影响,很难完全代替ZDDP的使用。所以通过研究纳米金刚石颗粒对ZDDP的协同作用来减少ZDDP的用量很有意义。本研究中在PAO基础油中加入了ZDDP和纳米金刚石颗粒,利用沉淀的方法区分了纳米金刚石颗粒的浓度,并且使用机械分散的方法来排除分散剂的影响。用摩擦磨损试验机和原子力显微镜（AFM）研究了不同润滑油样品在多微凸体接触界面的摩擦学性能,以及在单微凸体接触下的原位成膜。利用扫描电子显微镜、能谱仪、拉曼光谱仪、原子力显微镜等表征手段探究了不同浓度纳米金刚石颗粒对ZDDP摩擦学性能及成膜的影响,并研究了纳米金刚石颗粒的作用机制。研究结果表明:（1）纳米金刚石颗粒的加入对含ZDDP的润滑油摩擦性能影响...
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ZDDP的结构图[5]
51.2研究现状1.2.1ZDDP作为润滑油添加剂的研究1950年代开始研究者开始认识ZDDP的抗磨性能并探究其作用机理。自此以来，这项研究一直没有减弱，随着科学的进步和实验仪器的发展人们对ZDDP的成膜认识逐渐深入。目前公认的是ZDDP作为润滑油添加剂通过在摩擦界面形成主要含有硫、磷、锌、氧等元素的摩擦反应膜，其主要由无定形磷酸锌组成[25,26]。磷酸盐层是渐变的，主要在靠近基材的位置包含正磷酸盐和焦磷酸盐，但在薄膜顶部附近具有较大比例的多磷酸盐。ZDDP膜很粗糙，由微米级的圆形或细长垫组成，可以达到200nm的厚度，并由深谷隔开，如图1-2所示是ZDDP反应膜的的AFM形貌图像及剖面高度曲线。一定厚度的摩擦反应膜可以保护摩擦界面起到抗磨的作用[27,28]。但是，对于ZDDP摩擦反应膜的形成过程、影响因素以及机理，一直以来受到广泛的研究。以下将从ZDDP作为润滑油添加剂生成摩擦反应膜的影响因素、成膜过程以及近些年来对摩擦反应膜的原位研究几个方面进行综述。图1-2（a）为ZDDP反应膜的的AFM形貌图像；（b）线AB位置的剖面高度曲线[17]Figure1-2(A)istheAFMtopographyimageoftheZDDPreactionfilm;(b)theprofileheightcurveatlineAB
8图1-3ZDDP垫状小片的结构示意图[5]Figure1-3SchematicdiagramofthestructureoftheZDDPpad因为ZDDP摩擦反应膜具有明显的物质分层现象，所以研究其成膜过程对研究成膜机理意义重大。对于ZDDP的成膜过程，AbdelDorgham等[47]的研究表明，在形成富含磷酸盐的保护膜之前，ZDDP的分解是通过形成中间的硫化锌和硫酸盐物质进行的，可以将其与摩擦钢表面上的氧化铁机械混合。混合的氧化硫层可以发挥不同的重要作用，包括将随后形成的磷酸盐层与金属表面粘合在一起。这些层主要由最初为短链的硫代磷酸锌组成，这是由于表面上金属氧化物的浓度过高而形成的。随着后续层中氧化物浓度的降低，短链开始聚合成更长的链。聚合过程遵循具有两个不同相的一级反应动力学。第一个阶段是靠近钢表面的快速瞬变破裂阶段，而第二个阶段则主导了远离基底的层的形成过程，其特征是动力学缓慢。图1-4为ZDDP的成膜过程示意图：图1-4ZDDP的成膜过程示意图[25]Figure1-4SchematicofZDDPfilmformationprocess
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米粒子在摩擦学领域的应用发展现状[J]. 夏延秋,乔玉林. 沈阳工业大学学报. 2002(04)
[2]纳米金刚石颗粒对发动机润滑油摩擦学特性的影响[J]. 张家玺,刘琨,胡献国. 摩擦学学报. 2002(01)
本文编号：3309854
【文章来源】：中国地质大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
ZDDP的结构图[5]
51.2研究现状1.2.1ZDDP作为润滑油添加剂的研究1950年代开始研究者开始认识ZDDP的抗磨性能并探究其作用机理。自此以来，这项研究一直没有减弱，随着科学的进步和实验仪器的发展人们对ZDDP的成膜认识逐渐深入。目前公认的是ZDDP作为润滑油添加剂通过在摩擦界面形成主要含有硫、磷、锌、氧等元素的摩擦反应膜，其主要由无定形磷酸锌组成[25,26]。磷酸盐层是渐变的，主要在靠近基材的位置包含正磷酸盐和焦磷酸盐，但在薄膜顶部附近具有较大比例的多磷酸盐。ZDDP膜很粗糙，由微米级的圆形或细长垫组成，可以达到200nm的厚度，并由深谷隔开，如图1-2所示是ZDDP反应膜的的AFM形貌图像及剖面高度曲线。一定厚度的摩擦反应膜可以保护摩擦界面起到抗磨的作用[27,28]。但是，对于ZDDP摩擦反应膜的形成过程、影响因素以及机理，一直以来受到广泛的研究。以下将从ZDDP作为润滑油添加剂生成摩擦反应膜的影响因素、成膜过程以及近些年来对摩擦反应膜的原位研究几个方面进行综述。图1-2（a）为ZDDP反应膜的的AFM形貌图像；（b）线AB位置的剖面高度曲线[17]Figure1-2(A)istheAFMtopographyimageoftheZDDPreactionfilm;(b)theprofileheightcurveatlineAB
8图1-3ZDDP垫状小片的结构示意图[5]Figure1-3SchematicdiagramofthestructureoftheZDDPpad因为ZDDP摩擦反应膜具有明显的物质分层现象，所以研究其成膜过程对研究成膜机理意义重大。对于ZDDP的成膜过程，AbdelDorgham等[47]的研究表明，在形成富含磷酸盐的保护膜之前，ZDDP的分解是通过形成中间的硫化锌和硫酸盐物质进行的，可以将其与摩擦钢表面上的氧化铁机械混合。混合的氧化硫层可以发挥不同的重要作用，包括将随后形成的磷酸盐层与金属表面粘合在一起。这些层主要由最初为短链的硫代磷酸锌组成，这是由于表面上金属氧化物的浓度过高而形成的。随着后续层中氧化物浓度的降低，短链开始聚合成更长的链。聚合过程遵循具有两个不同相的一级反应动力学。第一个阶段是靠近钢表面的快速瞬变破裂阶段，而第二个阶段则主导了远离基底的层的形成过程，其特征是动力学缓慢。图1-4为ZDDP的成膜过程示意图：图1-4ZDDP的成膜过程示意图[25]Figure1-4SchematicofZDDPfilmformationprocess
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米粒子在摩擦学领域的应用发展现状[J]. 夏延秋,乔玉林. 沈阳工业大学学报. 2002(04)
[2]纳米金刚石颗粒对发动机润滑油摩擦学特性的影响[J]. 张家玺,刘琨,胡献国. 摩擦学学报. 2002(01)
本文编号：3309854
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