添加剂IF-WS2在基础油PAO6中的摩擦学性能和分散稳定性的研究

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传统润滑添加剂常含有如硫、磷、氯等烃类物质的成分,其降解后会释放大量的有毒物质,造成环境污染。因此,为了达到保护环境、节约能源的要求,微纳米材料作为润滑油添加剂的研究受到广泛关注。本研究选用旋转化学气相沉积法合成无机富勒烯类二硫化钨(IF-WS2)颗粒,通过超声处理将表面活性剂Span 80和IF-WS2颗粒均匀分散于基础油PAO6中,并在MR-S10D四球摩擦试验机上研究了添加量、温度、载荷等因素对IF-WS2/PAO6减摩抗磨性能的影响;再利用表面活性剂SDBS和Span 80作为复配表面活性剂,进一步改善IF-WS2在润滑油中的分散性,探究SDBS对润滑油减摩抗磨性能的影响。实验借助XRD、FESEM、TEM、EDS、XPS、激光共聚焦等现代分析手段分别对IF-WS2的晶体结构和形貌、磨痕表面的形貌及生成的化合物进行分析,探究IF-WS2的抗磨机理和SDBS对IF-WS2作用机理的影响;利用UV-Vis、FTIR、粘度仪、旋转氧弹仪等仪器对添加剂在润滑油中的分散稳定性,润滑油的粘温性能、氧化安定性等进行分析评价。主要结论如下:(1)成功制备了不规则笼状空心结构的IF-WS2颗粒;获得了0.25%IF-WS2最优添加量的IF-WS2/PAO6润滑油体系,在载荷为392N、测试温度为75℃时,IF-WS2/PAO6的平均摩擦系数降低15.3%;测试温度为100℃时,平均摩擦系数降低约27%,磨痕直径减小了43.4%。在测试温度为100℃,不同载荷的条件下,平均摩擦系数随着载荷的增加出现先降低后升高的趋势,磨痕直径不断增加。同时,在摩擦过程中,IF-WS2颗粒转移和沉淀在磨擦表面,在高温和压力的作用下,IF-WS2颗粒层层剥落,与摩擦副基体发生化学反应形成吸附膜和化学膜。氧化层(Fe2O3、Fe3O4、Fe(OOH)、Fe2(SO4)3)和新生成的Fe S2、WS2和WO3化学膜依附在钢球的摩擦表面,阻碍摩擦副的直接接触,填补微坑和部分缺陷。在铁氧化物和硫化物的共同作用下,提高了润滑油抗磨损性能。此外,分散剂Span 80能有效提高IF-WS2在PAO6中的分散性和稳定性;添加IF-WS2颗粒有效提高了润滑油的传热性能和粘温性能。(2)以SDBS和Span 80为复配活性剂时发现,随着SBDS添加量的不断增加,平均摩擦系数逐渐减小,磨痕直径先增加后减小。当SDBS的添加量为3%时,摩擦系数降低约13%,磨痕直径降低约8.8%。在摩擦的过程中,SDBS和IF-WS2协同作用于磨损表面,SDBS有助于IF-WS2颗粒分散在PAO6中,不仅能填补较小的微坑,也可以补充大尺寸的凹面、划痕等,形成大片且连续摩擦保护膜,改善点蚀现象,解决IF-WS2不能连续的作用于表面损伤的问题,有效改善润滑油的抗磨性能。此外,SDBS和Span 80通过空间机制及相互反应,提高了IF-WS2的稳定分散性;SDBS的加入在一定范围内改善润油的粘温性能、传热性能,氧化安定性的数值降低了3.4%。
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