润滑油脂纳米铜添加剂摩擦学性能的分析及优化

发布时间：2020-06-08 12:28

【摘要】：随着纳米润滑的广泛应用,对润滑基础油润滑性能的改良变得日益强烈。纳米铜粉具有独特的理化性能、优异的极压特性、修复摩擦表面的微损伤而备受人们的关注。通过向基础油中加入纳米铜粉,可有效改良基础油的摩擦学性能。但纳米铜本身带有较强的表面能,纳米铜颗粒间存在较大的吸引力易形成大颗粒聚集体,严重影响了纳米铜润滑油添加剂在工程中的应用,因而解决纳米铜的分散性变得日益迫切。本文为了提高纳米铜粉的分散性,以五水硫酸铜和次亚磷酸钠作为前驱体原料,采用真空冷冻干燥法制备了纳米铜粉。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)对产物的大小、纯度进行了检测。结果表明：冻干法制备的粉体纯度较高、颗粒细小、形状规则、无硬团聚；三种冻结方式制备的粉体大小分别为8～45nm、4～25nm、3～20nm。然后,以自制的冻干纳米铜粉为添加剂,重点探讨纳米铜粉对液体石蜡油摩擦学性能的因素影响及最佳浓度。结果表明：采用表面修饰法对粉体进行表面改性,相比市购纳米铜粉,冻干纳米铜粉改性后作为润滑油添加剂的分散稳定性较好,采用抽真空冻结的纳米铜粉最好,其油样在18h后能稳定分散,9天后仅有10%的沉降、分层现象。在浓度为0.05%时,纳米铜润滑油的润滑性能最好,之后随着浓度的增加,润滑性能逐渐变弱,在浓度达到0.3%时,其润滑性能起到副作用效果。考虑到纳米铜粉作为工业化的应用,采用车桥服役润滑油作为基础油,探讨了里程数对纳米铜粉及甲酸铜粉对服役润滑油的改良影响。研究表明：采用甲酸铜作为服役润滑油添加剂,能够较好的改善服役润滑油的摩擦性能。和无添加剂的在用油对比,不同里程数下的平均摩擦系数分别降低了46.7%、25.5%、26.9%；与相同服役期的润滑油相比油,平均磨损半径分别降低了61.21%、53.45%、45.07%。采用纳米铜粉作为服役润滑油添加剂,其摩擦性能没有显著改善,与原油无大变化,有待进一步研究。最后,采用正交实验法对冻干法制备纳米铜粉的工艺参数进行优化设计,综合各方面的因素得出了制备纳米铜粉的最佳工艺。结果显示：650r/min的搅拌速度、表面活性剂为PVP或硬脂酸、5mm的冻干物料厚度、冻结方式为抽真空冻结。其中冻结方式对冻干纳米铜粉粒径的影响因素较大。本文开展的冻干制备纳米铜粉及作为润滑油添加剂的摩擦学性能的研究,为纳米铜粉添加剂实现工业化应用提供理论及实验基础。
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE624.82

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