纳米润滑材料及表面改性的研究

【摘要】：在摩擦学领域中,传统的油性剂和极压抗磨添加剂由于自身的缺陷其应用受到很大限制。油性剂的承载能力低,极压抗磨剂多为含硫、磷、氯的有机物,污染环境,在国外已被限制使用。发展具有良好抗磨性能、高承载能力、对磨损表面具有一定修复功能的润滑油添加剂是摩擦学领域的前沿课题之一。 本课题的目的旨在深入研究纳米微粒的改性方法及其摩擦学特性。在参阅了大量文献的基础上,采用表面修饰剂修饰纳米二氧化钛微粒,制备表面化学修饰的油溶性纳米微粒,并用红外光谱(FTIR)、X-射线光电子能谱(XPS)、差热分析(DTA)和热重分析(TGA)等现代分析手段对所合成的表面修饰纳米微粒的形貌和结构进行了表征。将表面修饰纳米二氧化钛微粒作为润滑油添加剂的摩擦学性能在四球试验机上进行了评价,并对其摩擦机理进行了探讨。 1.硬脂酸的极性端基羧基和TiO_2纳米核之间存在较强的化学作用,以双齿鳌合结合于纳米微粒的表面。 _2.表面修饰TiO_2纳米微粒中Ti2p电子结合能和块体锐钛矿型TiO_2中Ti2p的结合能非常相近,低能量Ti的2p~(3/2)电子结合能为458.4eV。 3.硬脂酸表面修饰TiO_2纳米微粒在446.2℃以后,随着热处理温度的提高,TGA未见其它峰出现,DTA基本无失重现象,样品失重率不到10%。 4.硬脂酸表面修饰TiO_2纳米微粒作为润滑油添加剂能够有效降低磨损、提高承载能力和降低摩擦系数。在所选试验条件下,添加剂浓度为0.50%时,使CA20机油的PB值从370N提高到590N,摩擦系数从0.112降低到0.098。 5.无论是提高抗磨减摩性能还是承载能力,添加了硬脂酸表面修饰的TiO_2纳米微粒的CA_20机油都超过CA20机油。 6.硬脂酸表面修饰TiO_2纳米微粒作为润滑油添加剂的摩擦机理,可能是在摩擦表面与摩擦表面物质作用形成的摩擦表面膜,从而起到减摩抗磨作用。