纳米蛇纹石润滑油添加剂的制备及摩擦学性能研究

摘要

润滑油的性能会对船用动力设备的工作状况产生直接的影响。随着纳米技术的发展，纳米微粒作为润滑油添加剂体现出了优良的性能。蛇纹石的主要成分是Mg6(Si4O10)(OH)8，特殊的层状结构使其具有良好的减摩抗磨性能。但天然矿石存在较多杂质，本文采用化学合成方法人工合成了蛇纹石纳米粉体，分别考察了其与天然蛇纹石纳米粉体作为润滑油添加剂的摩擦学性能，利用摩擦改进剂提高蛇纹石纳米粉体在润滑油中的减摩抗磨性能。研究具有较好的理论意义和应用价值。
　　本文通过机械破碎法制备得到天然蛇纹石纳米粉体，并人工合成蛇纹石纳米粉体，采用纳米激光粒度仪、TEM及XRD表征了两种蛇纹石纳米粉体的粒度分布、微观形貌及物相组成。结果显示:人工合成蛇纹石的粒度较小且分布集中，呈一维中空纳米管状结构，主要成分为羟基硅酸镁;天然蛇纹石的粒度及分布范围较大，呈实心片状结构，成分除蛇纹石外还存在较多其他杂质。通过实验分别对表面修饰剂的添加比例及修饰时间进行优化，并对纳米粉体在基础油中的超声分散时间对分散效果的影响进行探索，采用离心沉降及可见光分光光度计评价其悬浮性和分散性。选用最佳修饰方案对蛇纹石纳米粉体进行表面修饰。
　　本文利用四球长磨试验和销盘摩擦磨损试验分别考察了天然蛇纹石纳米粉体和人工合成蛇纹石纳米粉体作为润滑油添加剂的摩擦学性能，并加入摩擦改进剂MoDTC提高蛇纹石的减摩抗磨性能。研究结果表明，添加1％人工合成蛇纹石纳米粉体的润滑油具有最佳的减摩抗磨性能，相比于基础油，四球摩擦副和销盘摩擦副的摩擦系数分别降低了60.34％和40.48％，钢球磨斑直径减小了57.1％，销盘下试样磨损量降低了40.48％;添加0.3％的MoDTC到含有1％蛇纹石纳米粉体的润滑油中对蛇纹石减摩抗磨性能的发挥最为有利。
　　用Ansys-Fluent软件对摩擦副表面的压力分布进行模拟计算，对蛇纹石粉体在摩擦表面自修复层的形成做了初步探讨，认为摩擦副表面的沟槽和凹坑内会形成低压区吸引纳米粉体的聚集，最终达到修复摩擦表面的效果。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1 引言

1．2 润滑油添加剂

1．2．1 作用及分类

1．2．2 固体润滑添加剂应用进展

1．3 纳米微粒作为润滑油添加剂的研究

1．3．1 纳米材料概述

1．3．2 纳米润滑油添加剂的分类及特点

1．3．3 纳米粉体在润滑油中团聚的原因

1．3．4 纳米粒子的分散方法

1．4 蛇纹石作为润滑油添加剂的研究现状

1．5 本文的研究内容及意义

1．5．1 研究内容

1．5．2 课题的研究意义

第2章 蛇纹石纳米粉体的制备及表征

2．1 试验材料及设备

2．1．1 试验材料

2．1．2 试验设备

2．2 天然蛇纹石纳米粉体的制备与表征

2．2．1 制备方法

2．2．2 样品表征

2．3 人工合成蛇纹石纳米粉体的制备与表征

2．3．1 合成方法

2．3．2 样品表征

2．4 本章小结

第3章 纳米粉体的分散性能研究

3．1 试验材料及设备

3．1．1 实验材料

3．2．2 实验设备

3．3 本试验使用的分散方法及分散性能研究

3．3．1 试验方案

3．3．2 试验结果

3．3．3 结果分析与讨论

第4章 纳米蛇纹石的摩擦学性能及自修复现象研究

4．1 试验设备及方法

4．1．1 摩擦磨损实验

4．1．2 摩擦表面评价手段

4．2 天然蛇纹石与人工合成蛇纹石的摩擦学性能比较

4．2．1 四球长磨试验

4．2．2 销盘摩擦磨损实验

4．3 蛇纹石的摩擦学性能改善研究

4．3．1 四球长磨实验

4．3．2 销-盘摩擦磨损试验

4．4 蛇纹石自修复机理初探

4．4．1 摩擦副表面沟槽织构压力场的仿真计算

4．4．2 摩擦副表面成膜机理分析

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介