基于纳米WS2/MoS2的润滑油摩擦学性能实验研究

摘要

随着对润滑性能和环保性能要求的提高，传统润滑油极压抗磨添加剂的应用开始受到限制。本文以研究和发展具有优良抗磨减摩性能、高承载能力及环保性能的新型润滑油纳米粒子添加剂为背景，对纳米WS2/MoS2作为润滑油添加剂的摩擦学性能进行了实验研究，并讨论了它们的协同润滑机理。
　　 选用T161作为表面活性剂并采用强超声波与球磨机械搅拌的复合方式对纳米WS2和MoS2粒子进行分散稳定实验。实验发现，纳米复合粒子与表面活性剂的配比为2∶1时，分散稳定性能较好。两种纳米粒子并不相互排斥，能均匀地分散在润滑油中。
　　 通过四球机的抗磨减摩正交试验及不同工况下的磨损实验表明，纳米WS2/MoS2粒子具有比单粒子更好的抗磨减摩性能。在低载荷下，纳米WS2/MoS2粒子相比两种单粒子而言，抗磨减摩效果不显著。随着载荷及温度的升高，其抗磨减摩效果越来越明显。在设定条件下，当纳米WS2单一粒子添加量为0.2％，纳米MoS2单一粒子添加量为0.5％时，润滑油抗磨减摩性能较好，当纳米WS2和MoS2添加剂的质量比为3∶1、总添加量为0.5％时，润滑油抗磨减摩性能更好。
　　 通过对摩擦副表面EDS、XPS等分析，结合已有的润滑作用机理研究成果，探讨了纳米WS2/MoS2添加剂的抗磨减摩机理。结果表明:纳米WS2/MoS2添加剂主要通过物理和化学成膜机理起到抗磨减摩的作用。在摩擦初期，摩擦副表面表现为纳米WS2沉积膜和纳米MoS2吸附膜;随着摩擦的进行，摩擦副表面表现为化学反应膜和以纳米WS2为主的沉积膜;在剧烈摩擦时期，沉积在摩擦副磨痕和凹坑处的纳米WS2重新被活化，在高温高压的作用下发生摩擦化学反应生成WO3、FeS和FeSO4而使保护膜层加厚，最终将磨损表面修复平整，从而提高了摩擦副的抗磨减摩性能。
　　 利用自主设计的摩托车发动机台架实验进行复合添加剂实际应用效果的研究，通过铁谱-光谱分析技术对实验后采集的油液进行分析。结果表明，添加了纳米WS2/MoS2的发动机内部摩擦副的磨损量和磨损剧烈程度有所减小，活塞环的磨损量比未加纳米添加剂的发动机减少了33.9％，说明该复合添加剂起到了明显的抗磨作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 润滑油研究现状

1．2．1 润滑油的应用现状

1．2．2 添加剂的发展现状

1．2．3 纳米添加剂的研究现状

1．3 本课题的研究意义和主要内容

第二章 纳米添加剂的抗磨减摩理论

2．1 纳米粒子的分散稳定性

2．1．1 纳米粒子的团聚现象

2．1．2 纳米粒子的分散机理

2．1．3 纳米粒子的分散方法

2．2 纳米添加剂的抗磨减摩机理

2．2．1 润滑油的作用机理及润滑的分类

2．2．2 纳米添加剂的作用机理

2．3 本章小结

第三章 纳米WS2/MoS2的分散稳定性实验研究

3．1 实验方案

3．1．1 实验原料

3．1．2 实验设备

3．1．3 实验方法

3．2 分散稳定效果分析

3．2．1 分散方法对单一纳米WS2和MoS2分散稳定性的影响分析

3．2．2 纳米WS2/MoS2的分散稳定效果分析

3．3 本章小结

第四章 纳米WS2/MoS2添加剂的摩擦学性能实验研究

4．1 实验原料及设备

4．1．1 实验原料

4．1．2 实验器材

4．2 抗磨减摩正交试验设计

4．2．1 设计过程

4．2．2 结果与分析

4．3 纳米WS2/MoS2添加剂对润滑油摩擦学性能的影响分析

4．3．1 添加量对抗磨性能的影响

4．3．2 添加量对减摩性能的影响

4．3．3 不同温度下抗磨减摩性能分析

4．4 摩擦副表面分析

4．4．1 摩擦副表面形貌分析

4．4．2 摩擦副表面元素分析

4．4．3 摩擦副表面元素化学状态分析

4．5 纳米WS2/MoS2添加剂的润滑机理分析

4．6 本章小结

第五章 纳米WS2/MoS2添加剂的台架实验研究

5．1 实验设备

5．2 实验方法

5．3 台架实验油液分析结果

5．3．1 油样的光谱分析

5．3．2 油样的铁谱分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望和建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果