纳米石墨微片作为润滑油添加剂的研究

摘要

润滑油被称为机械运转的血液，然而单纯的润滑油在摩擦表面难以长久维持油膜的承载压力，容易使粗糙表面微凸体接触而造成金属表面产生磨损。为了弥补液体润滑油的缺陷，通常采用润滑添加剂的方法提高润滑油的润滑性能和抗磨性能，延长机器零部件的使用寿命。润滑添加剂有很多种，石墨是传统的固体润滑材料，也是常用的润滑添加剂。我国具有丰富的石墨资源，许多研究发现不仅普通石墨具有润滑性能，其衍生物如膨胀石墨、氟化石墨、石墨夹层化合物以及石墨金属复合物、片状纳米石墨等都具有良好的润滑效果。
　　 本文研究了纳米石墨微片的改性方法及其摩擦学特性。采用篮式研磨仪制备了纳米石墨微片，用硬脂酸与油酸复合改性了纳米石墨微片，并用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X 射线衍射仪(XRD)、傅立叶红外光谱仪(FTIR)和紫外可见分光光度计等现代分析手段对所制备的纳米石墨微片以及改性纳米石墨微片形貌、结构和悬浮性进行了表征。将改性纳米石墨微片作为润滑油添加剂，用四球摩擦试验机对其的摩擦学性能进行了评价，并对其摩擦机理进行了探讨。结果表明：(1)、硬脂酸与油酸复合改性纳米石墨微片的最佳比例为3：5。最佳比例改性的纳米石墨微片能稳定的悬浮于润滑油中，而其他比例的改性纳米石墨微片在润滑油中悬浮不稳定，红外测试改性纳米石墨微片表面形貌发现纳米石墨微片表面有新的吸收峰，说明石墨表面吸附着硬脂酸与油酸分子链。(2)、硬脂酸与油酸不同的改性比例，石墨颗粒的大小以及添加剂的浓度都对润滑油的摩擦学性能产生了很大的影响，实验测试发现最佳改性比例为3:5时，测得的最大PB和PD 值分别为61kgf和145kgf；润滑油的摩擦学性能随着的石墨颗粒的逐渐增大而减弱；在80ml 润滑油中改性纳米石墨微片的最佳浓度为0.05g。(3)、对比纳米石墨微片润滑油、普通石墨颗粒润滑油以及空白润滑油摩擦学性能，发现纳米石墨微片润滑油的摩擦系数与磨损率明显低于其余两种润滑油。纳米石墨微片润滑油的磨损率随时间的延长变化不大，最大磨损率为20％左右，而其余两种润滑油磨损率随着时间延长而迅速增加；纳米石墨微片润滑油摩擦系数保持在0.125左右，而其余两种润滑油摩擦系数随着时间延长而逐渐上升。通过钢球摩擦表面的SEM 图与EDS 分析图，可以推断纳米石墨微片在润滑油中由于在摩擦副表面的物理吸附而起到了抗磨减摩的作用。总之，改性纳米石墨微片作为润滑油添加剂，整体上提高了润滑油的摩擦学性能。