納米氧化鈰和銅粒子用作潤滑油添加劑的摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、納米技術(shù)跨越多個學(xué)科，涉及面十分廣泛，在眾多領(lǐng)域乃至整個社會生活中都產(chǎn)生了巨大的影響，例如在物理、化學(xué)、材料科學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、工程學(xué)以及計算機仿真等領(lǐng)域。納米粒子是上個世紀(jì)80年代出現(xiàn)的，即粒徑小于100nm的粉體粒子。相比而言，人的頭發(fā)的直徑也在20000nm左右，而平時煙粒粒徑也在1000nm左右。正是由于納米粒子這么小，使得它有不同于宏觀物質(zhì)下的小尺寸效應(yīng)、界面與表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)。由于納米粒子是介于宏觀和微觀之

2、間的典型介觀物質(zhì)，具有不同于宏觀物質(zhì)下的許多物理、化學(xué)等特性，使得納米技術(shù)在潤滑油中的應(yīng)用也受到了人們廣泛的重視。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，基于納米技術(shù)的潤滑油即使在苛刻條件下，潤滑油的極壓性能和抗磨性能也都很穩(wěn)定。這種納米潤滑劑大大減少了機械設(shè)備的磨損，延長了發(fā)動機的使用壽命，提高了設(shè)備的運行效率：延長了潤滑油的換油周期，降低了設(shè)備的噪音、振動以及尾氣的排放。因此，使用這種潤滑油可以降低對機械設(shè)備的維護成本，延長設(shè)備的使用壽命，具有較好的經(jīng)濟效益

3、。 將添加劑加入到潤滑油源于上個世紀(jì)20年代，添加劑的使用極大地改善了潤滑油的性能。隨著現(xiàn)代工業(yè)機械、汽車發(fā)動機、自動傳送裝置、火車、船舶柴油機以及其他各種類型的機械設(shè)備的的發(fā)展，潤滑油添加劑也得到了很大的發(fā)展。目前，幾乎所有的潤滑油都含有一種或多種添加劑，有的潤滑油添加劑中的添加量已經(jīng)高達其質(zhì)量比的20％。整個潤滑油行業(yè)越來越依賴添加劑對其提供良好的性能以及對其提供各種特殊條件的性能要求。潤滑油添加劑的發(fā)展是根據(jù)汽車、船舶等工

4、業(yè)的特殊性能需要而得到較大發(fā)展的，因此，潤滑油添加劑的最大市場還是在交通運輸領(lǐng)域，例如汽車、火車和船舶等。潤滑油添加劑的種類很多。傳統(tǒng)的抗磨減摩油溶性添加劑會對環(huán)境造成污染，并且在苛刻環(huán)境下的性能很差。而現(xiàn)在，將納米粒子加入到潤滑油中是一個新的研究方向。 近年來，在科學(xué)和生產(chǎn)領(lǐng)域，對納米晶體材料的研究已經(jīng)取得了很大的進展。美國、歐洲、日本和中國都在組建大規(guī)模的納米研究機構(gòu)和納米研究中心，對于納米材料在各個新領(lǐng)域的應(yīng)用，政府都給予

5、相當(dāng)?shù)墓膭詈椭С郑⑼度肓舜罅康馁Y金。但是，納米技術(shù)在潤滑油中的應(yīng)用卻是一度受到限制，主要是由于納米粒子在用作潤滑油添加劑時納米粒子極容易團聚。納米粒子易于團聚的原因是因為納米粒子具有較高的表面活性，因此其極不穩(wěn)定而又極易團聚，并且很難將其進行很好的分散。然而，對納米粒子用作潤滑油添加劑的研究卻是沒有放松過。近年來，一些研究機構(gòu)和高校的研究人員進行了很多這方面的研究，也取得了一些成果。一些調(diào)查研究顯示，納米尺寸上的微粒將會是未來潤滑添加

6、劑的主要研究方向。因此，還需要對這方面進行更加深入的研究，以弄清楚影響納米粒子作用的多種因素。本文將對納米二氧化鈰粒子和納米銅粒子組合物用作潤滑油添加劑的摩擦學(xué)性能進行研究。 第一章介紹納米粒子的特性、潤滑油和潤滑油添加劑的發(fā)展概況、納米粒子用作潤滑油添加劑的抗磨、減磨機理以及本領(lǐng)域國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀； 第二章介紹了納米二氧化鈰粒子和納米銅粒子的選用與表征； 第三章介紹了納米二氧化鈰粒子和納米銅粒子的分散性與表面改

7、性； 第四章介紹了納米二氧化鈰粒子和納米銅粒子組合物用作潤滑油添加劑的摩擦學(xué)性能研究； 第五章為結(jié)論和展望。 本文通過對納米二氧化鈰粒子和納米銅粒子組合物用作潤滑油添加劑的摩擦學(xué)性能的研究，得出的主要結(jié)論如下： 1．采用D/max-rB型旋轉(zhuǎn)陽極靶多晶X射線衍射儀測定了納米二氧化鈰粒子和納米銅粒子的晶體結(jié)構(gòu)和平均粒徑大小，同時用透射電子顯微鏡(TEM)觀察其形貌和測定粒徑的大小。測定結(jié)果為：納米二氧化鈰粒

8、子和納米銅粒子均呈球形，粒徑分別為10.4nm和60nm左右。 2．根據(jù)表面活性劑的親水親油平衡值(HLB值)選擇了Tween-20、Tween-60、Span-20和聚醚作為納米二氧化鈰粒子和納米銅粒子的表面活性劑，試驗結(jié)果表明這幾種表面活性劑以及兩種納米粒子共同產(chǎn)生了很好的協(xié)同效應(yīng)，較好地解決了納米粒子在潤滑油中的分散性和穩(wěn)定性問題。本文采用的納米粒子的“膠囊化”為納米粒子的分散開創(chuàng)了一條新的途徑。 3．按照GB/T

9、 12583—1998，在四球磨損試驗機上對納米二氧化鈰和納米銅粒子組合物添加劑的摩擦學(xué)性能進行研究，結(jié)果表明：納米二氧化鈰和納米銅粒子組合物添加劑明顯地改善了潤滑油的摩擦學(xué)性能，并且納米粒子可以用作極好的抗磨、減摩添加劑：得出納米二氧化鈰和納米銅粒子組合物添加劑的最佳添加量為Wt<,CeO2>％：Wt<,Cu>％=1：1，Wt<,(CeO2+Cu)>％=0.6％左右。。在這個添加量下，納米潤滑油有著較好的摩擦學(xué)性能，而高于或低于這個添

10、加量的添加方式，其效果都不是很好。 4．納米二氧化鈰和納米銅粒子在摩擦副表面起到類似“微滾珠”的承載作用以及滑動效應(yīng)。在小載荷下，納米粒子主要起微滾珠作用，但是在高溫重載的情況下，處于摩擦副表面間的納米粒子被擠壓成微薄片狀，從而分割摩擦表面的直接接觸，并且在其間形成了滑動系，從而可以降低摩擦，減小磨損。 現(xiàn)在在世界范圍內(nèi)出現(xiàn)了一些帶有納米添加劑的潤滑油，這種潤滑油可以減少摩擦副間的摩擦，降低磨損，尤其是在高溫重載等比較苛

11、刻條件下顯示出了優(yōu)良的摩擦學(xué)性能。但是要想使納米潤滑油能真正的產(chǎn)業(yè)化，還需要進行更深入的研究。建議以后的工作可以從以下幾個方面進行： 1．對兩種或兩種以上納米粒子用作潤滑油添加劑的協(xié)同機理進行研究。 2．在納米粒子用作潤滑油添加劑之前，首先要慎重地選取納米粒子，并對納米粒子進行良好的表面改性，以使納米粒子能很好地穩(wěn)定分散在潤滑油中，這樣才能更好的發(fā)揮納米粒子的優(yōu)越性能。 3．為了能使納米潤滑油很好地在生產(chǎn)中得到推