含超细锡/蛇纹石粉体润滑脂的制备及摩擦学性能研究

来源 :南京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhuhaiyongjiewang
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磨损、腐蚀和疲劳是机械材料失效的主要形式,每年仅因磨损使各类机械设备寿命短、能耗高造成的经济损失在我国就高达数千亿元。为解决润滑脂减摩抗磨性能和极压性能不高等问题,本文提出了利用超细锡和蛇纹石粉体复配对润滑脂进行科学技术改性的思路,使改性的润滑脂不仅具备良好的摩擦学性能和承载能力,而且能对磨损部位进行原位修复,弥补表面因过早失效引起的缺陷。采用直流电弧等离子体蒸发法制备超细锡粉,并对粉体进行表征,根据充气压力,电流,氢氩比等制备参数和粉体粒径,产率之间的变化规律,初步探讨粉体的制备机理。通过高速剪切,正辛烷过渡液,包覆+高速剪切三种方法将超细锡粉分散到基础油中,加入分散剂以提高粉体分散稳定性,通过自然沉降法,紫外分光光度计评价粉体在润滑油中的分散稳定性,获得最佳分散效果,同时测试了含超细锡粉润滑油的摩擦学性能,并对润滑油中超细锡粉的减摩抗磨机理进行了探讨。使用高能球磨制备了超细的蛇纹石粉体,并对制备的粉体进行热处理,将粉体分散到润滑油中,研究其减摩抗磨性能并讨论其作用机理。最后,将超细锡粉和超细蛇纹石粉体在制脂的过程中加入,制备了含超细锡/蛇纹石粉体润滑脂,研究了粉体加入比例,加入量对润滑脂性能的影响,并在不同载荷下测试的润滑脂减摩抗磨性能,制备出一种在中高载荷下具有良好适用性的和实用价值的含超细锡/蛇纹石粉体润滑脂。本文的研究结论如下:  (1)采用直流电弧等离子体蒸发法制备了超细锡粉并对粉体进行了表征。研究结果表明:充气压力是影响超细锡粉产率的最大因素,电流其次,氢氩比的影响最弱,氢氩比则是影响平均粒径的最大因素,电流其次,充气压力最弱。直流电弧等离子体蒸发法制备的超细锡粉呈球状分布,表面洁净,颗粒细小均匀。其晶体结构为四方晶系,属I41/amd空间群与块体材料相同。  (2)通过对设备充气压力的调节可以使液态锡处于三种不同的蒸发模式,本文中以较低的充气压力保证了锡处于分子蒸发模式,极大提高了超细锡粉的产率。氢的抢先蒸发机制能够提高金属的蒸发速度,但对于金属饱和蒸气压较低的锡,其效果并不明显,反而增大了粉体的平均粒径。超细锡粉在其熔化温度237.2℃下能保持热稳定。  (3)以高速剪切法制备的含超细锡粉润滑油,能够保持粉体的活性,但粉体的分散性略差;以正辛烷过渡制备的含超细锡粉润滑油,分散性较好,粉体活性次于剪切法;而包覆+剪切法对粉体活性影响较大,不利于超细锡粉对润滑油性质的改善。正辛烷作为分散介质时,锡粉最佳分散工艺为:超声时间25min,PEG400分散剂加入量6wt.%。基础油为分散介质时,摩擦学性能最佳,分散工艺为:以正辛烷为过渡介质,超声时间60min,油酸分散剂的加入量为6wt.%;超细锡粉在摩擦过程中向摩擦表面上发生转移并形成表面膜,对磨斑表面起到填补自修复的作用。  (4)蛇纹石在热处理中经过了吸附水,层间水,结构水的脱去,吸附水及层间水的脱去并未改变蛇纹石的结构,伴随着结构水的脱去,蛇纹石分解生成了镁橄榄石及二氧化硅,整个过程中晶体结构变化如下:多晶—非晶—多晶。  (5)热处理过的蛇纹石粉对润滑油摩擦性能的改善优于未经处理的蛇纹石,主要优势体现在降低了摩擦过程中的摩擦力,推荐使用的蛇纹石粉热处理温度为200℃。添加该粉体的润滑油相比基础油其摩擦系数降低32.9%,磨斑直径降低11.8%。分析表明,热处理蛇纹石粉体在摩擦过程中与摩擦副表面的Fe发生反应,生成了具有良好抗磨性能的陶瓷类修复层(Mg/Fe)2SiO4。  (6)超细锡/蛇纹石粉体的加入提高了基础锂基脂的减摩抗磨性能,当粉体加入质量比为1∶1,总加入量为1wt.%时性能最佳。在490N载荷经四球摩擦实验得到摩擦因数和磨斑直径较基础锂基脂分别降低21.8%和26.4%。实验发现含超细锡/蛇纹石粉体锂基润滑脂相比基础锂基脂更适合在中高载荷下工作,载荷294N、392N、490N、588N时含复合粉体锂基脂相比基础锂基脂磨斑直径分别降低26.9%、25.4%、26.4%、40.6%。  (7)摩擦过程中超细锡粉与热处理蛇纹石粉体具有协同作用,超细锡粉以液态金属膜形态存在,与摩擦副表面处于物理结合状态,结合强度低,起到良好减摩作用,而超细蛇纹石粉体与摩擦副表面的化学结合生成陶瓷类保护层,提高了摩擦副的抗磨性能。
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