二硫化锡纳米片的制备及其作为润滑油添加剂摩擦学性能的研究

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随着纳米技术的逐渐成熟和应用,开发高效的纳米润滑添加剂已成为摩擦学领域中的重要研究方向之一,其中二维纳米金属硫化物因其特殊的纳米片状结构而受到研究者广泛的关注。本文中,通过水热合成法,以去离子水为溶剂成功制备了SnS2纳米片,并通过扫描电镜表征其表面结构,利用拉曼光谱、EDS、XPS能谱等手段分析其化学成分,考察了SnS2纳米片作为润滑添加剂加到PAO基础油中的分散性,探究了滑动速度、载荷及添加剂浓度因素对加入SnS2纳米片后的基础油摩擦学性能的影响,通过EDS、XPS能谱分析了SnS2纳米片作为润滑油添加剂的润滑作用机理。同时研究了常用抗磨剂ZDDP和SnS2纳米片复配使用时的摩擦学性能,分析了ZDDP与SnS2复配使用的协同减摩、抗磨效应的摩擦学机理。实验获得了以下结果:(1)通过水热合成方法,以二水氯化亚锡(SnC12·2H2O)和硫代乙酰胺(C2H5NS)为前身化合物,以去离子水为溶剂成功制备出SnS2纳米片。SnS2纳米片呈二维片层状结构,其相对均匀厚度约为10 nm,横向尺寸大约在100 nm-200 nm,EDS及XPS表征表明,SnS2纳米片只含有Sn元素和S元素。(2)SnS2纳米片作为PAO基础油的润滑添加剂可以有效地提高基础油的摩擦学性能。在40 N的负载、1 h的时长下,含有0.5 wt%SnS2纳米片的PAO油的稳定摩擦系数为0.11,而纯PAO油的稳定摩擦系数大于0.3。PAO+SnS2混合油相应磨损量为41.81×10-3 mm3,纯PAO油的磨损量为275.70×10-3 mm3。EDS分析和XPS谱图分析表明,含SnS2纳米片的PAO油的减摩抗磨性能的提高是由于形成了有效的摩擦膜,摩擦膜由SnS2纳米片及其氧化物组成,表明SnS2纳米片可以沉积在滑动接触区,形成润滑膜,提高了基础油的摩擦学性能。(3)SnS2纳米片和常用抗磨添加剂ZDDP存在着明显的协同减摩、抗磨性能,并随着基础油中SnS2纳米片浓度的增加,协同效应增强。在含0.5 wt%ZDDP的基础油作用下,样品磨损量为54.61×10-3 mm3,当加入0.125 wt%SnS2后,磨损量降为34.53×10-3 mm3。而加入1 wt%SnS2后,磨损量仅为17.59×10-3 mm3。对磨痕的XPS图谱分析,结果表明在滑动过程中,ZDDP、SnS2与摩擦副表面发生摩擦化学反应,生成含磷酸盐、硫酸盐及硫化物的摩擦反应膜,从而起到润滑作用。
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