纳米碳酸钙、铜粒子组合物用作润滑油添加剂的摩擦学性能和机理研究

【摘要】：随着现代科学技术的发展,润滑油及其添加剂的需求量逐年增加,而且对润滑油的性能要求也越来越高。传统的油溶性抗磨减摩添加剂虽然能提高油品的承载能力和极压性能,但在使用中会造成环境的污染。常规数量级的无机粒子由于在润滑油中的分散性能差,因此严重制约了它们的应用。近年来,纳米材料的出现为润滑油添加剂的发展提供了一个新的选择。本文采用在润滑油中加入纳米碳酸钙和纳米铜组合物作为润滑油添加剂并对纳米碳酸钙、铜粒子进行了表征,对含纳米粒子组合物的润滑油摩擦学性能以及抗磨、减摩机理进行了研究,得出的主要结论如下: 1、采用D/max-rB型旋转阳极靶多晶X射线衍射仪测定了纳米碳酸钙、铜粒子的晶体结构和平均粒径大小,同时用透射电子显微镜(TEM)观察其形貌和测定粒径大小,测定结果为:纳米CaCO_3和纳米铜粒子均呈球状,粒径分别为40nm和60nm左右。 2、根据表面活性剂的亲水亲油平衡值(HLB值)选择了Tween-60、Span-20、Span-80和聚醚作为纳米碳酸钙和铜粒子的表面活性剂,试验结果表明这几种表面活性剂以及两种纳米粒子共同产生了很好的协同效应,较好地解决了纳米粒子在润滑油中的分散和稳定问题。纳米粒子的“胶囊化”为纳米粒子的分散稳定性开创了一条新的途径。 3、通过在磨损试验机上对纳米碳酸钙、铜粒子组合物润滑油添加剂的摩擦学特性进行研究,结果表明:这两种粒子作为润滑油添加剂的关键是纳米微粒团簇的分散性和稳定性,只有纳米微粒均匀分散与稳定存在时,才能起到耐磨、减摩作用。 4、纳米碳酸钙和纳米铜组合粒子的最佳的添加量为:Wt_(CaCO_3)%:Wt_(Cu)%=1:1,Wt(CaCO_3+Cu)%=0.6%左右。 5、通过SEM、EDS和AFM分析研究,对纳米碳酸钙和纳米铜组合物粒子的摩擦学机理进行了研究,探讨了纳米碳酸钙和纳米铜粒子的复合协同抗磨减摩机理,提出了自己的观点: (1) “微抛光”机理:纳米粒子加入润滑油中,当设备刚开始运行时,纳米粒子微粒在摩擦界面力作用下,对表面粗糙峰或微凸体实现“微抛光”作用,使摩擦表面接触趋于平稳,降低摩擦过程中的摩擦系数与磨损量。 (2) 纳米碳酸钙和纳米铜在摩擦副之间起的作用各异,其中碳酸钙可能类似于“微滚珠”起到承载的作用,而纳米铜则属于软金属微粒,易被挤压成微薄片状,从而分隔摩擦面的直接接触,起到减摩和支承作用,同时还可能起到填充修复的作用。