烟炱是燃烧不充分的产物,进入润滑油后会对润滑油使用性能产生重要影响,进入空气中则对空气造成严重污染。前人的大量研究指出,烟炱会对机械零部件尤其是发动机内部造成严重损伤。近年来,随着对碳基纳米颗粒的深入研究,许多研究结果显示,碳基纳米颗粒在一定条件下能够起到较好的润滑和减磨抗磨性能。另外,表面处理技术也在近几年被广泛应用,如离子渗氮、织构等能够显著提高材料的减摩抗磨能力,减小材料损失。本研究选用UTM-2摩擦磨损试验机,按照球-面往复运动的摩擦方式,在合金铸铁平板材质上,探讨纳米烟炱颗粒作为润滑油添加剂的摩擦学性能。首先,采用AFM、TEM、XRD、FT-IR、Raman、Nano-ZS90和分散实验,对三种纳米烟炱颗粒Soot A(装载机烟炱)、Soot B(水泥罐车烟炱)、Soot C(推土机烟炱)进行详细表征。其次,借助OM、SEM、Nano Map-D、EDX、Raman、硬度仪等设备分析纳米烟炱颗粒作为PA04基础油添加剂的减磨特性和作用机理。本文主要设计三组实验:①考察三种纳米烟炱颗粒作为PA04基础油添加剂(0.01wt%)在不同温度(25℃,100℃,175℃)条件下的摩擦学性能;②探讨100℃时在PAO4基础油中添加不同质量分数Soot A添加剂对润滑油摩擦磨损性能的影响;③研究含Soot A添加剂(0.01 wt%)的润滑油在不同表面(离子渗氮、织构、织构+离子渗氮)上的摩擦学性能。通过以上研究,得到如下结论:1:通过对纳米烟炱颗粒进行详细表征,结果表明其形貌呈现球形或椭球形,均为纳米颗粒,粒径大小在10-70nm。其中,Soot A粒径更小且分布均匀,结晶度更好,结构更加完整。分散实验结果显示,Span-80分散剂可以使三种纳米烟炱颗粒均匀稳定地分散在PAO4基础油中,且Soot A分散效果最好。2:在PAO4基础油中添加0.01wt%纳米烟炱颗粒后,润滑油表现出较好地抗磨减磨效果,100℃、175℃条件下磨损率分别降低65%和80%左右;机理分析表明,含纳米烟炱添加剂润滑条件下,摩擦副表面会形成一层磁铁-石墨复合膜,起到保护基材的作用;同时,纳米烟炱颗粒在摩擦副之间可能存在滚动、滑动以及滚动-滑动复合运动,起到滚珠作用;此外,纳米烟炱颗粒在摩擦副间能形成滑动体系,从而达到抗磨减磨效果。3:浓度实验结果表明,在PAO4基础油中添加不同质量分数的纳米烟炱添加剂后,润滑油均表现出较好的减磨抗磨特性,添加0.01 wt%纳米烟炱颗粒后减磨抗磨效果最好。4:在PAO4润滑条件下,样品经过离子渗氮、织构(面积率:19.6%、22.1%、44.2%)、织构+离子渗氮技术处理后,均表现出较好的减磨抗磨性能,其中织构+离子渗氮效果更好;与PAO4润滑条件相比,含纳米烟炱添加剂润滑条件下,所有样品的磨损率均降低。5:纳米烟炱颗粒的粒度、浓度、分散稳定性、表面电荷均是影响润滑油摩擦学性能的重要因素;不同表面处理方式(离子渗氮、织构、织构+离子渗氮)对试样摩擦学特性产生重要影响,同时与纳米烟炱添加剂共同使用会对减磨抗磨特性产生更加突出的作用。