【摘 要】
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随着内燃机强化程度的提高,活塞环-气缸套摩擦界面承受着越来越高的机械负荷和热负荷,这就需要润滑油既具有低的流体摩擦阻力,又可以在高载低速时具有优良的边界润滑能力,来抑制摩擦表面微凸体之间的相互接触,以提升活塞环-气缸套摩擦副的摩擦磨损性能。石墨烯由于具有独特的层状结构与滑移特性,可以加入到润滑油中作为固体润滑添加剂来改善润滑油性能,满足不断强化的内燃机对高性能润滑油的需求。本文通过液相等离子法制备
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随着内燃机强化程度的提高,活塞环-气缸套摩擦界面承受着越来越高的机械负荷和热负荷,这就需要润滑油既具有低的流体摩擦阻力,又可以在高载低速时具有优良的边界润滑能力,来抑制摩擦表面微凸体之间的相互接触,以提升活塞环-气缸套摩擦副的摩擦磨损性能。石墨烯由于具有独特的层状结构与滑移特性,可以加入到润滑油中作为固体润滑添加剂来改善润滑油性能,满足不断强化的内燃机对高性能润滑油的需求。本文通过液相等离子法制备了石墨烯,配制了三种石墨烯基润滑油添加剂,然后采用模拟强化爆压工况的往复式摩擦磨损试验机,研究了不同种类石墨烯基添加剂摩擦磨损与抗拉缸性能,获得了高温重载工况下不同温度对石墨烯基润滑油添加剂摩擦磨损以及抗拉缸性能的影响规律,探讨了在润滑油中耐磨添加剂二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)协同作用下,石墨烯等润滑油添加剂对活塞环-气缸套表面的减摩耐磨机制。取得主要结论如下:(1)采用液相等离子法制备了薄片状石墨烯(G),然后通过高阴极电位诱导[Mo S4]2-前驱体还原法制备了石墨烯-二硫化钼(G+Mo S2)复合材料,最后引入三己基十四烷基膦双(2,4,4-三甲基戊基)次磷酸盐离子液体(L)与制备的薄片状石墨烯混合,与含有ZDDP的RP-4652D润滑油一起分别配制了4652D+G、4652D+G+Mo S2、4652D+G+L三种含石墨烯基添加剂的润滑油。(2)温度对石墨烯基添加剂摩擦磨损性能有较大影响。其中在150°C与180°C时,4652D+G+Mo S2添加剂的减摩性能最好;210°C与240°C时,4652D+G+L的减摩性能最好;而在150~240°C范围内4652D+G+Mo S2呈现出更好的耐磨性能。分析表明:对于4652D+G,软质片层状的石墨烯被带至珩磨纹沟槽内起到对珩磨纹的填补作用,减少了摩擦副表面微凸体的接触,同时具有滑移特性的石墨烯在摩擦表面形成了边界物理吸附膜并参与摩擦过程起到减摩的效果。对于4652D+G+Mo S2,减摩和耐磨效果则受到未氧化的二硫化钼与ZDDP分解的磷酸盐等摩擦化学产物影响。对于4652D+G+L,摩擦化学反应的程度对离子液体混合石墨烯添加剂减摩耐磨性能有着很大的影响。其中摩擦化学反应的程度可以由摩擦反应膜中磷酸盐的种类和相对含量的变化来体现。(3)在贫油试验中,活塞环-气缸套摩擦副的抗拉缸时间由长到短的排序为4652D+G+L>4652D+G+Mo S2>4652D+G>4652D。相比于4652D,4652D+G、4652D+G+Mo S2、4652D+G+L三种润滑油的抗拉缸时间分别延长了77%、256%、344%,表明石墨烯基润滑油添加剂表现出优异的抗拉缸性能。独特的片层状结构以及所拥有的自润滑特性使石墨烯以及石墨烯-二硫化钼添加剂可在摩擦表面充当润滑介质,实现减摩耐磨的作用。离子液体混合石墨烯添加剂中离子液体的成分,可以在高载磨合阶段与ZDDP协同作用进而使边界摩擦反应膜中磷酸盐的含量增多,这可能是保持其抗拉缸性能的一个重要原因。
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