鎳基納米潤(rùn)滑劑的制備及其摩擦學(xué)行為研究.pdf

1、Ni納米微粒作為潤(rùn)滑油添加劑可以顯著提高潤(rùn)滑油的摩擦學(xué)性能,然而有關(guān)其摩擦學(xué)作用機(jī)理以及摩擦學(xué)性能同粒徑和形貌之間關(guān)系的研究報(bào)道很少。鑒于此,本文利用原位表面化學(xué)修飾技術(shù)合成了一系列不同尺寸、形貌的Ni納米微粒和Cu@Ni納米微粒,系統(tǒng)地研究了其分散穩(wěn)定性和摩擦學(xué)性能;進(jìn)而探討了添加劑組成、結(jié)構(gòu)、粒徑、形貌與摩擦學(xué)性能之間的關(guān)系,考察了其減摩、抗磨和磨損表面自修復(fù)作用機(jī)理。與此同時(shí),嘗試開(kāi)展了類金剛石碳(DLC)-Ni固-液混合潤(rùn)滑體系

2、的摩擦學(xué)基礎(chǔ)研究。本論文主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)Ni基納米潤(rùn)滑劑的一步原位合成及其摩擦學(xué)行為研究。
　　以不含S、P的油酸和油胺為修飾劑,利用簡(jiǎn)單的一步熱解法使Ni(HCOO)2直接在聚a烯烴(PAO6)基礎(chǔ)油中分解,原位合成了不同粒徑的單分散Ni納米微粒。利用X射線衍射儀(XRD)、透射電鏡(TEM)、傅立葉變換紅外光譜儀(FTIR)等分析了產(chǎn)物的相組成、微觀形貌和尺寸、化學(xué)結(jié)構(gòu)。利用四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)定了其

3、作為PAO6添加劑的摩擦學(xué)性能;采用掃描電鏡(SEM)和X射線光電子能譜儀(XPS)分析了磨斑表面形貌和典型元素的化學(xué)狀態(tài),進(jìn)而探討了添加劑的摩擦學(xué)作用機(jī)理。結(jié)果表明:所得Ni納米微粒潤(rùn)滑油添加劑的抗磨能力與粒徑和濃度密切相關(guān);添加劑粒徑越小,則其抗磨能力越好;含0.05％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))添加劑的PAO6的抗磨性能明顯優(yōu)于PAO6基礎(chǔ)油。這是由于基礎(chǔ)油及含活性O(shè)、N的有機(jī)化合物修飾劑可在鋼球磨損表面形成邊界潤(rùn)滑膜,而 Ni納米核可在磨損表面

4、沉積,從而避免摩擦副表面的直接接觸、減輕粘著磨損所致。
　　(2)Cu@Ni納米潤(rùn)滑劑的一步原位合成及其摩擦學(xué)行為研究。
　　以油酸和油胺為修飾劑,通過(guò)在反應(yīng)體系中引入Cu(HCOO)2前驅(qū)體,使Cu(HCOO)2和Ni(HCOO)2先后直接在PAO6中分解,得到分散性和穩(wěn)定性良好、不同Cu含量的Cu@Ni納米微粒。利用XRD、TEM、FTIR等分析了產(chǎn)物的相組成、微觀形貌和尺寸、化學(xué)結(jié)構(gòu);利用四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)定了其作為

5、PAO6添加劑的摩擦學(xué)性能;借助磨斑表面SEM和XPS分析探討了其摩擦學(xué)作用機(jī)理。結(jié)果表明,同Ni納米微粒添加劑相比,Cu@Ni納米添加劑的抗磨、減摩及承載能力有所增強(qiáng)。其原因在于,基礎(chǔ)油及含活性O(shè)、N的有機(jī)化合物修飾劑可在鋼球磨損表面形成邊界潤(rùn)滑膜,Ni納米核可在磨損表面沉積,而Cu納米核可在磨損表面形成自修復(fù)膜。
　　(3)DLC-Ni固液復(fù)合潤(rùn)滑體系的摩擦學(xué)行為研究。
　　分別在干摩擦和油潤(rùn)滑(癸二酸二異辛酯基礎(chǔ)油和含

6、Ni納米潤(rùn)滑劑的基礎(chǔ)油)條件下測(cè)定了鋼/DLC薄膜摩擦副的摩擦磨損性能,對(duì)比分析了潤(rùn)滑劑、載荷、速度對(duì)DLC薄膜摩擦磨損性能的影響,并建立了固-液復(fù)合潤(rùn)滑體系的Stribeck曲線。結(jié)果表明,DLC薄膜與兩種液體潤(rùn)滑劑表現(xiàn)出良好的協(xié)同減摩效應(yīng);尤其是DLC薄膜與Ni納米潤(rùn)滑劑顯示出優(yōu)良的協(xié)同減摩效應(yīng)。這是由于具有較高化學(xué)活性的Ni納米潤(rùn)滑劑易在摩擦副表面沉積,從而降低摩擦界面間的阻力、減輕磨損所致。此外,DLC-Ni復(fù)合潤(rùn)滑下的Stri

7、beck曲線谷底較寬,邊界潤(rùn)滑和混合潤(rùn)滑區(qū)域較寬。
　　(4)形貌可控 Ni納米微粒的制備及其摩擦學(xué)行為研究。
　　以十二烷基磺酸鈉和油胺為修飾劑、癸烷為溶劑,經(jīng)由Ni(HCOO)2熱分解得到三種不同形貌的Ni納米微粒。利用XRD、TEM、FTIR等分析了產(chǎn)物的相組成、微觀形貌和尺寸、化學(xué)結(jié)構(gòu);利用四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)定了其作為PAO6添加劑的摩擦學(xué)性能,借助磨斑表面SEM和XPS分析探討了其摩擦學(xué)作用機(jī)理。結(jié)果表明,不同形