气缸套-活塞环摩擦副作为内燃机中重要的摩擦副之一,其润滑摩擦性能的优良直接影响整机的燃油经济性、热效率、耐用性甚至整机寿命。随着内燃机向高功率化发展,燃烧室的爆发压力、温度和活塞组的线速度逐渐升高,导致气缸套-活塞环摩擦副的润滑条件越来越严苛,因此开展气缸套-活塞环摩擦副的摩擦磨损抑制研究对于提高内燃机燃油经济性,提高内燃机的可靠性和服役寿命具有重要意义。作为内燃机的“血液”,润滑油的性能很大程度上决定着整机的运行状态,而决定润滑油性能的主要因素是基础油和添加剂,如果将基础油的品质定义为润滑油的根本,那么添加剂的质量和性能则是润滑油的真髓。传统含硫、磷、锌等元素的各类润滑油添加剂虽能满足高压、高速、高温等“三高”的服役条件,但是其与环保法规要求相差甚远,生成的燃烧产物同样无法被车辆滤器装置完全过滤转化,几乎不能满足国家现行的节能减排标准。基于润滑油添加剂研究及应用现状,国内外许多研究人员都在致力于新型的、环保的润滑油添加剂开发。随着纳米材料的出现,纳米材料的量子尺寸效应、小尺寸效应、界面与表面效应得到了广泛研究和关注,纳米材料以其独有的理化特性为工业材料开拓了新的领域。现有研究表明,当把某些纳米粒子作为添加剂加入到润滑油中时,能在摩擦副间起到意想不到的润滑效果,特别是在高速、高温、重载和重污染等恶劣环境下。基于纳米材料作为润滑油添加剂有着很好的减摩抗磨作用,将纳米材料应用于润滑油添加剂产品开发的基础性、应用性研究也已成为当前润滑油添加剂研究的重要方向,目前将纳米材料作为润滑油添加剂的研究已经开展了许多,并且获得了很多有代表性的成果,基于现有研究结果,本文选取纳米金刚石颗粒作为润滑油减摩添加剂,探究其在气缸套-活塞环间对基础油润滑摩擦性能的改善,现将具体研究内容陈述如下:(1)采用“聚苯胺原位聚合分散纳米金刚石颗粒.”制备出聚苯胺/纳米金刚石(PANi/ND)复合材料,利用SEM、TEM和XRD等材料表征设备对其进行表征,以了解该二元复合结构组织形态和分散状态,结果表明聚苯胺的包覆阻隔了单个纳米金刚石,有效地改善了纳米金刚石在聚苯胺基体中的分散性;通过静置实验发现在室温条件下,制备的复合材料至少15天无明显分层及金刚石颗粒沉降现象。(2)采用对置往复式摩擦磨损试验机,系统研究了纳米复合润滑剂对基础油在典型气缸套-活塞环配对副间摩擦磨损性能影响。载荷级试验结果表明,对于氮化缸套-PVD活塞环摩擦副,纳米复合润滑剂最优添加浓度为2wt%;镀铬缸套-PVD活塞环的纳米复合润滑剂最优添加浓度为1wt%;但是,对于铸铁缸套-PVD活塞环,纳米复合润滑剂并无减摩效果,反而加剧磨损。(3)在不同温度条件下,无论是氮化缸套-PVD活塞环还是镀铬缸套-PVD活塞环摩擦副,复合材料添加的润滑油相比于基础油均可降低缸套-活塞环摩擦系数,特别在高温条件下对基础油的减摩性能提升更显著。在高温条件下(200℃),纳米复合材料添加量分别为1wt%、2wt%、3wt%的润滑油相比于基础油使氮化缸套-PVD活塞环间摩擦系数其数分别下降12%、19%和15%;但是高温条件下,镀铬缸套在基础油润滑条件下表面发生异常磨损,摩擦力波动范围较大,无法计算摩擦系数。(4)采用贫油试验方法研究了添加有纳米复合材料的基础油在气缸套-活塞环配对副间的抗拉缸性能,结果表明纳米复合润滑剂对基础油在氮化缸套-PVD活塞环和镀铬缸套-PVD活塞环两组摩擦副间抗拉缸性能均有提升,尤其在镀铬缸套与PVD活塞环间拉缸性能提升更为显著。在高载磨合为20MPa时,纳米复合材料添加量分别为1wt%、2wt%、3wt%的润滑油条件下,氮化缸套-PVD活塞环间平均抗拉缸时间分别为131min、156min和120min,与基础油相比,抗拉缸时间分别提高了 2.3倍、2.8倍和2倍,镀铬缸套-PVD活塞环摩擦副间也发现类似的规律,纳米复合材料添加量分别为1wt%、2wt%、3wt%的润滑油使分别提高了 7倍、5.2倍和6.4倍。