改性石墨烯润滑油分散稳定性与摩擦学特性研究

来源 :黑龙江八一农垦大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:littlesilverfox
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我国作为一个农业大国,在农业生产过程中使用大量农业机械,润滑油是农业机械长期高效稳定运转必不可少的耗材。农业机械的使用与其他机械有两点差异:(1)长期停放,农业机械在非农忙时节是处于停放状态。(2)农业机械在农忙时节,经常超负荷工作,机械摩擦常常处于边界润滑状态。这种工作状态差异性要求润滑油应具有着较高的分散稳定性与极压抗磨性。针对农业机械对润滑油特殊需求,本研究选取石墨烯为润滑油添加剂,以油酸为改性剂制备改性石墨烯粉末,利用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪等仪器对改性石墨烯进行形貌与结构表征。研究改性石墨烯与分散剂T161协同作用对石墨烯润滑油摩擦学特性和分散性的影响规律。以摩擦系数、磨斑直径、最大无卡咬负荷为评价标准,探究改性石墨烯添加量对润滑油摩擦学特性影响机制,分析相应的摩擦磨损机理,分析获得改性石墨烯润滑油的润滑机理。主要研究内容如下:(1)运用扫描电子显微镜和拉曼光谱仪对石墨烯与改性石墨烯进行表征,通过静置沉降法对化学表面改性、添加分散剂等方法对石墨烯分散稳定性进行试验,探究改性石墨烯对基础油粘温特性的影响。试验表明:石墨烯层数较少,片层与片层之间相互堆叠,同时片层褶皱团聚程度严重;将石墨烯进行改性可有效抑制团聚的发生,拉曼光谱分析得出改性石墨烯层数约为6层,与SEM检测结果一致,同时改性石墨烯缺陷较小;将0.075 wt%改性石墨烯、0.5 wt%T161加入PAO6基础油中可获得分散稳定性最好的润滑油,静置沉降7天(7d)后并无肉眼可见的沉降现象发生;改性石墨烯的加入可以在一定程度上提高PAO6基础油的粘温特性,但效果并不显著。(2)利用微机控制摩擦磨损试验机,使用四球摩擦界面,检测改性石墨烯润滑油摩擦系数、磨损直径和极压特性。通过扫描电子显微镜、能谱仪对磨球进行磨损表面分析,并探究其摩擦磨损及润滑机理;试验表明:改性石墨烯的加入可缩短磨合期,提高PAO6抗磨减摩性能,过量的加入加剧磨损表面磨损。过量改性石墨烯的加入会在摩擦表面充当磨粒,加剧摩擦磨损的发生,削弱PAO6的抗磨减摩性能。当改性石墨烯添加量为0.075wt%,分散剂添加量为0.5 wt%时,可使最大无卡咬负荷提高27%。研究表明,石墨烯的层片状结构可以改善基础油的最小油膜厚度,使油膜在更高的载荷压力下仍能保持良好的连续性,提高了油膜承载力。另外,片层结构石墨烯可在润滑油油膜被破坏后吸附在摩擦表面,石墨烯高强度特性导致很难被磨损破坏,避免了摩擦表面的直接接触,增强了基础油的极压性能。同时,改性石墨烯的添加可以减轻或避免塑性形变的发生。(3)探究了改性石墨烯对柴油润滑油各项性能的影响。实验表明:改性石墨烯可小幅度提升柴油润滑油粘温特性,在40℃条件下提升柴油润滑油运动粘度6.2%,在100℃条件下提升柴油润滑油运动粘度4.3%。通过静置沉降法发现,改性石墨烯可较好地分散在柴油润滑油中。摩擦学试验发现,改性石墨烯不能提升柴油润滑油抗磨减摩效果,增大了摩擦系数。原因在于,大尺寸改性石墨烯进入摩擦面后发生磨粒磨损,导致柴油润滑油摩擦系数升高。
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