环境友好型Cu纳米微粒润滑油添加剂的制备及其摩擦学行为研究

【摘要】：以水合肼为还原剂，利用原位表面修饰方法制备了不含硫、磷的有机化合物修饰油溶性铜纳米微粒；利用X射线衍射仪、透射电镜及红外光谱仪分析了纳米颗粒的形貌和结构；采用四球摩擦磨损试验机考察了所制备的铜纳米颗粒的摩擦学性能，并采用扫描电镜和X射线光电子能谱仪分析了磨斑表面形貌和元素组成；进而探讨了铜纳米微粒的减摩、抗磨和自修复机理。本文主要研究内容和结果如下： （1）制备了十四烷基羟肟酸（THA），将其作为修饰剂用于铜纳米颗粒原位表面修饰，得到油溶性的铜纳米颗粒（记为THA-Cu）。采用四球摩擦磨损试验机考察了THA-Cu纳米颗粒添加剂对液体石蜡摩擦学性能的影响。结果表明，THA-Cu在基础油中具有较好的分散性；其作为一种环境友好型添加剂能显著提高液体石蜡的抗磨性能。这是因为，含有活性元素O和N的有机修饰剂在较低载荷下可形成摩擦化学反应膜，有助于改善减摩抗磨性能；而当载荷足够高（如1000N）时，纳米Cu核可在摩擦副接触表面沉积成膜，从而显著提高基础油的抗磨能力和承载能力。得益于摩擦化学反应膜和纳米铜沉积膜的协同作用，基础油的减摩抗磨性能，以及极压承载能力均显著提高。 （2）合成了十八烷基羟肟酸修饰铜纳米颗粒；将其用作液体石蜡添加剂，考察了其分散稳定性和摩擦学性能。结果发现，十八烷基羟肟酸修饰纳米铜的分散稳定性与THA-Cu的相近，但其作为液体石蜡添加剂的摩擦学性能优于THA-Cu添加剂。这表明随着表面修饰剂烷基链的增长，铜纳米颗粒添加剂的摩擦学性能趋于改善，但表面修饰铜纳米微粒的分散稳定性变化不大。 （3）制备了5-壬基水杨醛肟修饰铜纳米微粒（N902-Cu）。分别采用环-块摩擦磨损机和四球摩擦磨损试验机考察了N902-Cu纳米微粒在聚α烯烃（PAO6）基础油中的摩擦学行为；并测定了其分散稳定性。结果表明，N902-Cu纳米颗粒的长期分散稳定性优异；当摩擦副接触形式为线接触时，N902-Cu纳米微粒能显著提高基础油的减摩抗磨性能，出现“负增重”现象。当摩擦副接触形式为点接触时（载荷较高），N902-Cu纳米颗粒能在摩擦副接触表面沉积并填充表面微坑和微划痕，从而对磨损表面起到自修复作用，显著减轻钢-钢摩擦副的磨损。总体而言，N902-Cu纳米颗粒作为环境友好润滑油添加剂具有潜在的应用价值。