纳米颗粒材料由于自身的物理和化学特性（即，大比表面积、高扩散性、易烧结、低熔点、高硬度等），不仅使其能在摩擦副表面形成低剪切应力膜、降低摩擦系数，且对摩擦表面具有填补和修复作用，因而，其作为润滑添加剂具有优良的抗磨减摩性能。本论文主要对磁性Fe3O4纳米颗粒、纳米高岭土和纳米伊/蒙粘土作为润滑添加剂添加在#40润滑油中的摩擦学性能进行了研究。首先，采用四球摩擦磨损试验机所获得的平均摩擦系数、磨斑直径、磨损量以及润滑油最大无卡咬负荷（PB）等指标评价和研究了不同的纳米颗粒（即，磁性Fe3O4纳米颗粒、纳米高岭土和纳米伊/蒙粘土）添加在#40润滑油中的抗摩擦性能；同时，考察了纳米颗粒的微观形貌（主要针对磁性Fe3O4纳米颗粒的六方片状、八面体状和不规则状）、添加量和摩擦时间等参数对纳米颗粒在#40润滑油中抗摩擦性能的影响。结果表明：不同的纳米颗粒（即，磁性Fe3O4纳米颗粒、纳米高岭土和纳米伊/蒙粘土）在#40润滑油中均表现出良好的抗摩擦磨损性能；当分别地添加的纳米颗粒含量为最优时（即，磁性Fe3O4纳米颗粒为1.5wt%；纳米高岭土为1.0wt%；纳米伊/蒙粘土为2.0wt%），可使摩擦副的平均摩擦系数和磨斑直径最小、摩擦接触面最光滑平整、犁沟和划痕最浅，与当使用纯润滑油时的摩擦效果相比，含六方片状、八面体状和不规则状磁性纳米颗粒的润滑油的平均摩擦系数和磨斑直径分别降低58.16%、47.96%、34.69%和13.87%、11.17%和10.18%；含纳米高岭土的润滑油的摩擦系数和磨斑直径分别降低24.21%和16.43%；含纳米伊/蒙粘土的润滑油的摩擦系数降低60%。另外，对不同形貌的磁性Fe3O4纳米颗粒而言，其微观形貌是影响其在润滑油中抗摩擦性能的主要因素之一。由于六方片状磁性Fe3O4纳米颗粒薄片所接触的表面积比其它两种形貌的大得多，对摩擦副表面的覆盖更完全，摩擦化学反应形成的保护膜更均一完整；且层片之间以滑动摩擦为主（其它两种形貌的滚动和类滚动摩擦为主），因此，其抗摩擦磨损性能优于其它两种形貌的磁性纳米颗粒。其次，通过分析摩擦前后片状磁性Fe3O4纳米颗粒、纳米高岭土和纳米伊/蒙粘土的相组成、化学元素组成、非晶化程度、晶面间距、平均晶粒尺寸、磁性能和氧化转变温度等研究了润滑油中与摩擦副表面接触的纳米颗粒和与之相关的润滑油和摩擦副表面的摩擦化学性能；同时，探索了不同纳米颗粒添加剂在#40润滑油中的抗摩擦机理，重点分析和讨论了动态抗摩擦保护膜的形成和组分及其抗摩擦作用，并比较和分析了它们的抗摩擦性能特点。结果表明：与摩擦前片状磁性Fe3O4纳米颗粒、纳米高岭土和纳米伊/蒙粘土的性质相比，摩擦后纳米颗粒的非晶化程度和氧化转变温度均增大，而晶面间距和平均晶粒尺寸减小；磁性Fe3O4纳米颗粒性质经摩擦后的相组成和化学元素组成等均比摩擦前丰富。与摩擦前的纯润滑油相比，含片状磁性Fe3O4纳米颗粒的润滑油摩擦后其性质变化不明显。由于纳米高岭土和纳米伊/蒙粘土层片间含有结晶水，因此，摩擦后的润滑油中含有少量的水分。改性纳米颗粒的表面作用（即，纳米颗粒的尺寸效应、范德华力、改性形成的表面有机链和磁性Fe3O4纳米颗粒剩磁作用（Mr）产生的磁吸引力等）促使其在摩擦开始前粘附在摩擦副表面，并对其进行有效的补充修复；摩擦副持续、激烈的高速旋转摩擦形成的高速剪切力诱导磁性Fe3O4纳米颗粒、纳米高岭土和纳米伊/蒙粘土分别与摩擦副发生摩擦化学反应，最终在摩擦接触面上生成具有自修复能力、富含元素Fe、C、O和纳米颗粒特征元素（即，磁性Fe3O4纳米颗粒中的Fe元素；纳米高岭土和纳米伊/蒙粘土中的Al和Si元素）的化合物的动态抗摩擦保护膜，阻碍摩擦副间的直接接触，从而降低摩擦、减少磨损、改善和提高润滑油的摩擦学性能。另外，对比片状磁性Fe3O4纳米颗粒、纳米高岭土和纳米伊/蒙粘土在#40润滑油中的抗摩擦性能特点可知：三种纳米润滑添加剂在润滑油（#40润滑油）中均表现出良好的摩擦学性能；且纳米颗粒的微观层片结构有利于其在摩擦副表面的粘附和完全覆盖，从而有助于摩擦接触面上性能均一、覆盖完全的抗摩擦保护膜的生成；摩擦后润滑油的性质变化虽不明显，但纳米颗粒的性质（如：相组成、非晶化程度、晶面间距、平均晶粒尺寸、磁性能、氧化转变温度等）与摩擦前有较大变化。同时，三种片状润滑添加剂在摩擦表面的粘附作用方式和摩擦化学略有不同：摩擦开始时，除了纳米颗粒的尺寸效应、范德华力和改性形成的表面有机链外，磁性Fe3O4纳米颗粒还依靠剩磁作用（Mr）产生的磁力粘附在摩擦副表面；而纳米粘土薄片表面积较大，易对摩擦副表面形成完全覆盖，且在摩擦过程中更易碎裂成颗粒尺寸和薄片面积更小的碎小薄片，出现大量的不饱和键（如Si-O、Si-O-Si、-OH等），这不仅有利于其在摩擦副表面的粘附，也增强了O2的释放能力，促进摩擦副表面上摩擦化学的发生，加快表面自修复膜的生成速度，从而更好地改善摩擦副的抗摩擦性能。另外，纳米粘土在摩擦过程中还有脱水现象。再次，采用数值方法对不含和含1.5wt%含量的片状磁性Fe3O4纳米颗粒的润滑油在汽油机曲轴和连杆间形成油膜的膜厚度及其压力分布进行了模拟计算和分析。结果表明，与纯润滑油相比，片状磁性Fe3O4纳米颗粒（含量为1.5wt%）的加入对润滑过程中的油膜膜厚影响较小，甚至轴承某些位置的膜厚有所减小；但其油膜的承载压力显著提高，这与磁性纳米颗粒加入后所引起的润滑油的最大无卡咬负荷（PB）提高的实验结果一致。最后，利用汽油发动机检验和评价了片状磁性Fe3O4纳米颗粒作为润滑添加剂在#40润滑油中的实际抗磨减摩效果。结果表明：当含有1.5wt%片状磁性Fe3O4纳米颗粒的润滑油加入汽油发动机时，摩擦后的连杆表面更平整光滑、犁沟更浅，表面粗糙度比采用纯润滑油时降低约25%；且表面元素分布更均匀；同时，汽油机的时平均耗油量比采用纯润滑油时降低约10%；经检测，摩擦过程中所生成的抗摩擦自修复保护膜的厚度为40～50nm。