银/坡缕石复合纳米润滑脂添加剂的制备及摩擦学性能研究

摘要

摩擦磨损是造成机械零部件失效和能源消耗的主要原因，我国因摩擦磨损导致的损失高达9500亿元，而应用摩擦学的知识和研究成果至少可以节约3270亿元。因此，研究开发新型高效润滑剂已成为摩擦学领域的主要研究内容。润滑脂由于其独特的流变性在工业领域得到了广泛应用。本课题研究将硬相纳米坡缕石和软相纳米银复合作为润滑脂添加剂，研究银/坡缕石复合纳米粒子的制备方法及其在润滑脂中的分散工艺，采用摩擦磨损试验机对制备的润滑脂的极压性能和抗磨性能进行评价，对钢球磨斑磨痕作SEM、EDS检测,研究/坡缕石复合纳米粒子的减摩抗磨机理。本课题主要研究内容及结论包括：
　　（1）银/坡缕石复合纳米粒子的制备。在实验室采用硅烷偶联剂Kh550作为修饰剂，设计不同方法制备银/坡缕石复合纳米粒子。对不同方法制备的复合粒子做FTIR及TEM检测，FTIR检测结果表明，不同方法制备的银/坡缕石复合纳米粒子均修饰成功；TEM检测结果表明，相对于其他制备方法，采用机械球磨-化学包覆法制备的银/坡缕石复合纳米粒子的粒度最小，粒子间的团聚不严重。因此，最终确定银/坡缕石复合纳米粒子的制备方法为机械球磨-化学包覆。此方法制备的银/坡缕石复合粒子为纳米尺度，满足润滑添加剂的尺度要求。
　　（2）研究银/坡缕石复合纳米粒子在润滑脂中的分散工艺方法。银/坡缕石复合纳米粒子作为润滑脂添加剂，其在润滑脂中的分散状态直接影响润滑脂的摩擦学性能。为了确定添加剂在润滑脂中的分散方法，在实验室中设计不同的分散工艺方法。通过对比其分散工艺的过程、现象及优缺点，并对制备的多种润滑脂进行摩擦磨损试验。分析摩擦磨损试验结果可知，采用稀释-超声波分散法制备的润滑脂的减摩抗磨性能最优。最终确定稀释-超声波分散法为银/坡缕石复合纳米粒子在润滑脂中的分散方法。
　　（3）研究银/坡缕石复合纳米粒子各组分的最优比及其在润滑脂中的最优比重。将银/坡缕石复合纳米粒子作为润滑脂添加剂，由于纳米银和纳米坡缕石具有不同的减摩抗磨性，因此，银/坡缕石复合纳米粒子中各组分不同的比例及其在润滑脂中不同的比重，都将影响润滑脂的摩擦学性能。因此，在实验室中制备一系列润滑脂，利用摩擦磨损试验机，检验银/坡缕石复合纳米粒子的减摩抗磨性能。采用综合评价法对试验结果进行分析，分析结果表明：当复合粒子中银/坡缕石的值为1:1，银/坡缕石复合纳米粒子在润滑脂中的比重为2.5％时，纳米银和纳米坡缕石的协同性能最好，银/坡缕石复合纳米粒子的摩擦学性能最优，润滑脂的减摩抗磨性最优。
　　（4）探讨银/坡缕石复合纳米粒子的减摩抗磨机理。利用扫面电镜（SEM）和能谱分析（EDS）检测钢球表面磨斑，综合检测结果及摩擦磨损试验结果，探讨银/坡缕石复合纳米润滑脂添加剂的减摩抗磨机理。银/坡缕石复合纳米粒子具有优良的减摩抗磨性能，大概是因为银/坡缕石复合纳米粒子能够在钢球摩擦表面之间起“微滚珠”作用，将滑动摩擦转换为滚动摩擦，起到减摩的作用；纳米银/坡缕石复合粒子在钢球表面沉积，形成自修复薄膜，能够改善钢球表面的磨损，起到抗磨的作用。
　　本文研究结果为该复合纳米材料的应用及研究提供了理论基础，对相关领域的研究有借鉴和参考意义。因此具有十分重要的理论研究意义和实际应用价值。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及来源

1.2 课题的研究意义

1.3 课题研究现状及发展趋势

1.4 课题研究的主要内容

第二章 银/坡缕石复合纳米粒子的制备及修饰

2.1 银/坡缕石复合纳米粒子表面改性

2.2银/坡缕石复合纳米粒子制备方法

2.3 银/坡缕石复合纳米粒子的检测与分析

2.4 银/坡缕石复合纳米粒子的检测结果与讨论

2.5 制备方法的确定

2.6 本章小结

第三章 银/坡缕石复合纳米添加剂在润滑脂中分散工艺参数的研究

3.1 分散方法的确定

3.2 工艺现象分析及比较

3.3 分散工艺参数的确定

3.4 本章小结

第四章 摩擦磨损试验设计

4.1 四球摩擦磨损试验的目的

4.2 主要的实验试剂及设备

4.3 试验方法及步骤

4.4 本章小结

第五章 银/坡缕石复合纳米润滑脂添加剂各组分的优化研究

5.1 试验过程

5.2 试验结果及分析

5.3 银/坡缕石复合纳米添加剂各组分比例的优比

5.4 本章小结

第六章 银/坡缕石复合纳米润滑脂添加剂在润滑脂中比重的优化

6.1 试验过程

6.2 试验结果

6.3 银/坡缕石复合纳米添加剂在润滑脂中比重的确定

6.4 本章小结

第七章 银/坡缕石复合纳米润滑脂添加剂的摩擦磨损机理探讨

7.1 钢球摩擦磨损表面检测分析

7.2 钢球摩擦磨损表面检测结果与讨论

7.3 摩擦磨损原理分析

7.4 本章小结

第八章 结论与展望

8.1 结论

8.2研究的创新点

8.3 研究中所存在的问题及展望

参考文献

致谢

附录：硕士学位期间发表论文

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