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纳米润滑油添加剂的制备与摩擦学性能研究

张勇  
【摘要】:随着车辆发动机及矿山装备传动系统设计的进步和发展,对润滑油的性能提出了越来越高的要求。前期所采用的矿物基润滑油在耐温性、润滑性、抗氧化性等方面已经很难满足使用要求,因此提高润滑油的热稳定性、极压抗磨等方面成为开发润滑油研究的当务之急。随着纳米技术的不断发展和应用,纳米摩擦学领域也得到了深入研究。发现纳米材料具有改善油品耐热性,提高载荷能力、降低摩擦和磨损的效果,并且在摩擦过程中在摩擦表面形成修复膜,降低剪切力应力,具有良好的减摩润滑性能,这为润滑油的发展注入了新的活力。纳米材料作为润滑油添加剂特别适用于条件苛刻的润滑场合,通过降低磨损,改善润滑性能,很大程度上延长机器、零件的使用寿命。从另一个层次上说也节省了资金与能源,在这个能源紧张的时代,无疑是个很好的研究方向。本文通过实验制备氧化亚铜、还原石墨烯、银纳米颗粒以及新型纳米复合材料石墨烯-银。这些纳米颗粒作为润滑油添加剂不仅能够在磨损表面起到润滑效果,同时具有良好的“自修复”功能。首先,采用化学液相还原方法在水溶液中制备了硬脂酸包覆的Cu_2O纳米颗粒。并利用XRD、TEM、FT-IR对其晶型、形貌、表面官能团进行表征测试。将此纳米颗粒作为润滑油添加剂均匀地分散到液体石蜡中。其次,通过液相还原法实验合成新型纳米复合材料石墨烯-银。将氧化石墨烯进行超声分散,与带正电的银离子进行物理化学吸附,然后利用还原剂葡萄糖在高温水浴条件下进行液相原位还原。同样利用银镜反应制备了纳米单质银颗粒。以抗坏血酸为还原剂,制备了还原氧化石墨烯。并将制备的三种纳米材料进行油酸改性处理,加入液体石蜡中,制得均匀分散的润滑油。最后,将制得的几种润滑油,进行摩擦学性能的测试。采用MRS-10G杠杆式四球摩擦磨损试验机进行润滑抗磨性能测试,采用MRS-10P四球摩擦试验机进行润滑油极压性能测试。考察在不同的添加剂、载荷、转速等影响因素下的摩擦学性能。最终得出不同润滑条件下的摩擦试验结果。磨斑形貌利用光学显微镜、扫描电镜(SEM)拍摄。并用电子能谱仪(EDS)分析表面元素。并用光电子能谱仪(XPS)进行磨损表面化合物进行详细分析。通过实验研究表明:(1)经过化学还原法成功制备了Cu_2O、RGO、Ag、RGO-Ag等纳米颗粒,通过XRD、TEM等先进的现代测试手段,对纳米材料进行详细的分析介绍。(2)摩擦学测试结果表明,添加RGO、Ag纳米颗粒后的基础油会分别展现出良好的减磨、抗磨性能。而添加Cu_2O、RGO-Ag纳米颗粒后的基础油会同时展现出优异的减摩与抗磨润滑性能。(3)对于纳米颗粒作为润滑油添加剂的润滑机理进行分析。并对磨损划痕表面进行SEM、XPS等现代分析技术检测。其中,Cu_2O以及Ag颗粒作为无机纳米粉体能够在磨损表面形成修复膜降低磨损消耗。纳米RGO-Ag复合物是由于石墨烯本身的“自润滑”与银单质的“自修复”功能相结合出现的“协同”效果,而产生了更加优异地摩擦学性能。


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