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近年来,纳米微粒在摩擦学领域中的应用受到越来越多的重视。研究发现,纳米微粒作为润滑油脂添加剂能普遍、根本性地提高功能部件的一致性、耐久性和可靠性,以其改善润滑油脂的润滑特性是纳米润滑技术的前景之一,将深刻影响国民经济未来的发展,弥补我国在精密制造方面的不足,并为纳米润滑技术在功能部件中的大规模应用提供可能。
与传统润滑油脂添加剂相比,纳米材料具有尺寸小、比表面积大等特性,将其应用于润滑体系中,纳米材料可以在摩擦表面形成一层易剪切的薄膜,降低摩擦系数,并且能对摩擦表面进行一定程度的填补和修复。另外,作为添加剂加入到润滑油中的纳米材料不仅明显改善润滑油的润滑性能,且环保对生态无毒。因此,研究高性能纳米润滑添加剂具有重要的战略意义。
纳米微粒的制备方法较多。本文以纳米微粒作为润滑体系添加剂为应用目的,利用原位合成液相化学还原法,直接在基础油液体石蜡(LP)或其它有机溶剂中,制备可直接添加至润滑油脂中的一定粒径、形貌的纳米金属铜(Cu)、镍(Ni)样品。利用X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)对样品的成分、形貌及颗粒大小进行分析。
将样品分别添加到美孚1号5W-30全合成机油和复合磺酸钙基脂中进行性能优化,制得纳米润滑油、润滑脂。考察了润滑油、脂的理化性能。在UMT-Ⅱ摩擦磨损试验机、四球试验机上分别考察纳米微粒添加前、后润滑油、脂的摩擦学性能,利用扫描电镜(SEM)和能谱散射光谱(EDS)分析磨损表面形貌。通过摩擦学评定结果和磨损表面分析,进一步证实了纳米微粒摩擦学作用机理,获得的结果如下:
(1)利用原位合成液相化学还原法,以LP为溶剂,在修饰剂吐温-80(Tween-80)的作用下,采用无毒、环保的抗坏血酸(Vc)为还原剂,制备了球形纳米Cu微粒。利用液相化学还原法,以乙醇为溶剂,在修饰剂聚乙二醇-2000(PEG-2000)的作用下,以还原性较好的水合肼为还原剂,制备了球形纳米Ni微粒。
(2)通过X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)对样品的成分、形貌及颗粒大小分析表明:试验制备的单质纳米Cu微粒呈球形,平均粒径为4.3 nm;所制备的单质纳米Ni微粒呈球形,其平均粒径为16.6 nm。
(3)通过超声分散分别将0.2%,0.4%,0.6%(质量分数)的纳米Cu、Ni微粒加入到美孚1号5W-30全合成机油中,制备了纳米润滑油,观察试样分散稳定,未见有浑浊、沉淀现象出现。
(4)采用UMT-Ⅱ摩擦磨损试验机考察纳米润滑油、脂的润滑性能。结果表明:纳米微粒在磨损面起到填充作用,通过自修复作用明显改善润滑油抗磨减摩性能。纳米微粒的最佳添加量为0.4%。
(5)将纳米Cu、Ni微粒以最佳添加量添加到润滑油、脂中,检测其理化性能及摩擦学性能。结果表明:在油、脂中添加纳米微粒改善了其粘温、粘滑特性,增加了油膜强度,提升了油、脂的摩擦学性能。