层状磷酸锆作为锂基润滑脂添加剂及其与抗氧剂复配的摩擦学性能研究

摘要

随着机械设备系统的复杂化与功能多元化的发展，越来越多的设备需要在重载、高速、高温等苛刻条件下运行，因此保持工件持久有效的使用备受关注。在润滑脂中添加固体润滑剂，是有效地减少能量损耗和延长机械部件寿命的重要手段。前期四球摩擦磨损试验机研究发现，α-ZrP和Cu-α-ZrP作为固体润滑添加剂的承载力和抗磨性能优于经典固体润滑剂MoS2。因此本文用高频线性往复摩擦磨损试验机评价了α-ZrP和Cu-α-ZrP作为锂基脂固体润滑添加剂的摩擦学性能，并分别用四球和往复摩擦磨损试验机重点对α-ZrP复配抗氧剂2,6-二叔丁基-4-甲基酚（BHT）和二苯胺（DPA）后的润滑性能进行了评价。主要研究内容及结论如下：
　　1.在点接触线性往复运动模式下，通过改变载荷、频率、温度、时间系统地考察了α-ZrP、Cu-α-ZrP作为锂基脂固体润滑添加剂的摩擦磨损性能。在最优添加量5 wt.％下，α-ZrP脂的最高运行载荷为600 N，频率达到60 Hz；Cu-α-ZrP脂的最高运行载荷是500 N，频率为50 Hz；相同实验条件下的MoS2脂的运行载荷为300 N，频率上限是50 Hz。α-ZrP在60-100?C宽温范围内表现出优良且稳定的减摩、抗磨性能；Cu-α-ZrP则表现出低温下的减摩和抗磨性能优于高温。在载荷300 N，频率50 Hz，长时间往复运动120 min的条件下，α-ZrP脂仍表现出稳定的摩擦学性能。SEM、3D白光干涉仪和EDS对摩擦副表面的分析表明：α-ZrP脂和Cu-α-ZrP脂的摩擦副表面均有固体膜形成，但α-ZrP脂的磨损表面犁沟更浅更平整。在点接触线性往复运动模式下，作为固体润滑添加剂，α-ZrP的润滑性能的稳定性好于Cu-α-ZrP。
　　2.在钢-钢点接触模式下，分别用四球和往复摩擦磨损试验机系统地研究了抗氧剂BHT和DPA与α-ZrP复配后的润滑性能。往复摩擦磨损试验机的结果表明：1.0 wt.% BHT+5.0 wt.%α-ZrP脂和1.0 wt.% DPA+5.0 wt.%α-ZrP脂的承载力分别达到600 N、500 N；体积磨损量比5.0 wt.%α-ZrP脂分别下降了29%和30%，复配后的抗磨性能有明显的提升。在运行载荷500 N，线性往复运动5 h的条件下，1.0 wt.%BHT+5.0 wt.%α-ZrP脂和1.0 wt.%DPA+5.0 wt.%α-ZrP脂的的摩擦系数均保持在0.085，小于α-ZrP脂的0.100，下试件体积磨损量（10-4 mm3）依次为4.74、4.83，低于α-ZrP脂的101.02。抗氧剂的加入减少了磨损，延长了α-ZrP脂的寿命。
　　3.四球摩擦磨损试验机的结果表明：1.0 wt.%BHT+5.0 wt.%α-ZrP脂和1.0 wt.%DPA+5.0 wt.%α-ZrP脂的抗烧结负荷均保持在1960 N，而承载负荷由1235 N分别下降至784 N和696 N。长磨失效负荷由α-ZrP脂的1078 N下降至980 N和882 N。抗氧剂的加入使α-ZrP脂承载力有所下降，但仍保持了其良好的减摩和抗磨能力。SEM、3D白光干涉仪和 EDS对摩擦副表面的分析表明：α-ZrP及α-ZrP与抗氧剂复配后，在摩擦副表面都有固体膜覆盖。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 前言

1.2 润滑概述

1.3 润滑脂

1.4 润滑添加剂

1.4.1 固体润滑剂

1.4.2 抗氧剂

1.5 润滑评价方法

1.5.1 经典摩擦学实验方法

1.5.2 SRV摩擦磨损试验机

1.6 层状材料作为润滑添加剂的研究进展

1.7 选题背景及研究内容

第二章 实验部分

2.1 仪器与试剂

2.1.1 实验试剂

2.1.2 试验用仪器

2.2 层状磷酸锆样品制备

2.3 粉末样品表征

2.3.1 XRD

2.3.2 SEM

2.4 润滑性能表征

2.4.1 润滑脂的制备

2.4.2 不同添加剂含量锂基脂的制备

2.4.3润滑性能测试方法

2.4.5摩擦表面的表征

第三章 结果与讨论

3.1层状磷酸锆、MoS2的物理化学性能表征

3.2 层状磷酸锆在锂基脂中的摩擦磨损性能

3.2.1添加剂含量对摩擦学性能影响

3.2.2载荷对摩擦学性能影响

3.2.3频率对摩擦学性能影响

3.2.4温度对摩擦学性能影响

3.2.5运行时间对摩擦学性能影响

3.2.6磨损表面照片及机理分析

3.2.7 小结

3.3 SRV评价层状磷酸锆在锂基脂中与抗氧剂复配润滑性能

3.3.1不同抗氧剂对润滑性能影响

3.3.2抗氧剂含量对α-ZrP脂润滑性能影响

3.3.3载荷对α-ZrP脂复配抗氧剂润滑性能影响

3.3.4频率对α-ZrP脂复配抗氧剂润滑性能影响

3.3.5温度对α-ZrP脂复配抗氧剂润滑性能影响

3.3.6运行时间对α-ZrP脂复配抗氧剂润滑性能影响

3.3.7小结

3.4四球机评价层状磷酸锆在锂基脂中与抗氧剂复配润滑性能

3.4.1 抗氧剂含量对润滑性能影响

3.4.2载荷对α-ZrP脂复配抗氧剂润滑性能影响

3.4.3运行时间对α-ZrP脂复配抗氧剂后润滑性能影响

3.4.4小结

第四章 结论与展望

参考文献

致谢

硕士期间发表论文