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三膦基硼酸银添加剂的高温摩擦学性能研究

胡宁宁  
【摘要】:随着科学技术的发展,现代大型机械设备正向着高速重载的极端方向发展,由于该类设备通常工作于高温、污染的环境中,受高温带来的润滑油变质失效,以及灰尘、污物、机械加工碎屑等进入油润滑系统而导致磨损等的影响,润滑油及其添加剂的性能受到严竣挑战,因此研究高性能高温润滑添加剂是十分必要的。本论文旨在研究面向苛刻工况的润滑添加剂的摩擦学性能,开展适用于高温和污染环境的三膦基硼酸银润滑添加剂的摩擦磨损试验,研究和分析在高温环境中,该润滑添加剂在光滑钢表面、有纹理钢表面和含沙润滑油条件下的摩擦磨损特性。主要工作和结论包括: 1)设计并合成出4种新颖的、且具备光稳定性及空气稳定性的三膦基硼酸银配合物;运用核磁共振和TGA常压热重分析法来研究4种银配合物的稳定性以及在高温环境中释放银元素的效率,并最终选择了配合物1 [PhB(CH2PPh2)3AgPEt3]作为高温润滑添加剂;通过X射线衍射法来解析该配合物的物理特征。 2)在UMT-2试验机上模拟高温环境,采用球-盘摩擦副进行摩擦学测试,研究三膦基硼酸银配合物[PhB(CH2PPh2)3AgPEt3]作为润滑添加剂的性能,并寻找其添加量的最佳百分比,之后分析了磨斑表面和高温下此配合物的抗磨减摩机理。结果表明,在基础润滑油中,银配合物[PhB(CH2PPh2)3AgPEt3]的最佳添加量为2%。 3)用飞秒激光器在52100钢表面设计并加工出微米级沟槽纹理,研究其表面亲水性能,并在UMT-2试验机上测试其摩擦学性能,最后研究润滑添加剂和表面纹理共同作用下钢表面的摩擦学性能。结果表明,激光沟槽纹理使钢表面从亲水性变为疏水性表面,当对偶钢球运行方向与沟槽纹理垂直时,摩擦系数最低,磨损最小。润滑添加剂和表面纹理共同作用下,低速时纹理方向对摩擦系数的影响较大,随着滑动速度的不断增大,润滑油性能对摩擦系数的影响较大。 4)配置含不同浓度、不同尺寸的含沙润滑油的液-固二相流体,研究含沙润滑油的粘度特性;使用UMT-2试验机在含沙润滑油中进行摩擦学测试,研究含沙润滑油对钢表面润滑性能的影响;最后研究润滑添加剂对含沙油润滑的摩擦学性能的影响。结果表明,颗粒的尺寸对润滑性能起着重要的作用,尺寸为1-5μm的小尺寸污染物颗粒在低浓度小载荷的时候能降低液-固二相流体的摩擦系数。随着载荷的增加污染颗粒只能加剧恶化润滑条件,高温时在200oC下磨损体积比常温下试件的磨损体积增加了30%,在300oC下磨损体积为常温下的2倍。而在污染润滑油中添加剂含量分别为2%、温度为在300oC时,比无添加剂的含污染润滑油条件下的磨损量降低了64%。温度为300oC时添加剂的减磨抗磨效果最为优异,且银配合物的最佳添加量为2%。 研究结果有望为军用车辆发动机、大型矿山机电装备的润滑和抗磨减摩提供解决方法和思路。 全文共有图53幅,表25张。


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