纳米二氧化铈、铁粒子组合物用作润滑油添加剂的摩擦学性能和机理研究

摘要

随着工业社会的高速发展，润滑油及其添加剂的市场需求不断增加，对润滑油的性能要求也越来越高。常规数量级的无机粒子由于在润滑油中的分散性能差，缺少实际应用价值。普通的油溶性抗磨减摩添加剂虽然在一定程度上能提高油品的承载能力和极压性能，但在使用中对环境有一定的污染。近年来，纳米材料的应用为润滑油添加剂提供了一个新的选择。本文采用在润滑油中加入纳米二氧化铈和纳米铁组合物作为润滑油添加剂并对纳米二氧化铈、纳米铁粒子进行了表征，对含纳米粒子组合物的润滑油摩擦学性能以及抗磨、减摩机理进行了研究，得出的主要结论如下： 1、采用透射电子显微镜(TEM)观察其形貌和测定粒径大小，测定结果为：纳米二氧化铈与纳米铁粒子均呈球状，粒径分别为10.4和45nm左右。 2、通过在磨损试验机上对纳米二氧化铈和纳米铁粒子组合物润滑油添加剂的摩擦学特性进行研究，结果表明：这两种粒子作为润滑油添加剂韵关键是纳米微粒的分散性和稳定性，只有纳米微粒均匀分散与稳定存在时，才能起到好的耐磨、减摩作用。 3、纳米二氧化铈、铁组合粒子的最佳的添加量为：Wt<,CeO2>％：Wt<,FC>％=1：1，Wt<,(CeO2+Fe)>％=0.6％左右。 4、通过分析研究，对纳米二氧化铈和纳米铁组合物粒子的摩擦学机理进行了研究，探讨了纳米二氧化铈、铁粒子的复合协同抗磨减摩机理，提出了自己的观点： (1)“微抛光”机理：纳米粒子加入润滑油中，当设备刚开始运行时，纳米粒子微粒在摩擦界面力作用下，对表面粗糙峰或微凸体实现“微抛光”作用，使摩擦表面接触趋于平稳，降低摩擦过程中的摩擦系数与磨损量。 (2)纳米二氧化铈和纳米铁在摩擦副之间起的作用各异，其中纳米二氧化铈可能类似于“微滚珠”起到承载的作用，而纳米铁则属于金属微粒，易被挤压成微薄片状，从而分隔摩擦面的直接接触，起到减摩和支承作用，同时还可能起到填充修复的作用。 (3)纳米二氧化铈和纳米铁粒子必须在具有合适的配比的情况下，才能协同起到抗磨减摩作用。在纳米二氧化铈多，铁粒子少时，主要是“微抛光”、“微滚珠”的作用为主。在纳米二氧化铈少，铁粒子多时，主要是“填充修复”作用为主。上述两种情况都不能充分发挥各自作用以及协同效应。在本研究中纳米二氧化铈与铁粒子配比为1：1时，形成纳米二氧化铈粒子在被纳米铁粒子填平修复的表面上起到“微滚珠”的作用，充分发挥了抗磨、减摩协同效应。 总之，本课题所做工作是对纳米组合物粒子作为润滑油添加剂性能研究领域的探索性工作，是上海市教委科技项目“纳米润滑油添加剂产业化应用的关键技术研究”(05FZ31)中的一部分，大量的工作还需要在今后继续深入研究。

目录

文摘

英文文摘

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引言

第一章 概述

1.1纳米粒子的特性分析

1.1.1小尺寸效应

1.1.2表面效应

1.1.3宏观量子隧道效应

1.1.4量子尺寸效应

1.2润滑油技术的发展

1.3纳米润滑油添加剂作用机理、发展现状及本论文研究的主要内容

1.3.1纳米润滑油添加剂的作用机理

1.3.2纳米润滑油添加剂的发展现状

1.3.3纳米润滑油添加剂的分类

1.3.4纳米润滑油添加剂研究存在的问题和本文的主要研究内容

第二章 纳米二氧化铈、铁粒子的选择与表征

2.1纳米粒子的选择

2.2纳米二氧化铈、铁粒子的表征

2.2.1透射电镜(TEM)观察结果

第三章 纳米二氧化铈、铁粒子在润滑油中的分散性、稳定性与表面改性

3.1纳米粉体颗粒形态和团聚、分散机理

3.1.1纳米粉体颗粒存在的类型

3.1.2纳米粉体软团聚的原因

3.1.3纳米粒子的分散

3.2表面活性剂的选择

3.2.1表面活性剂的结构

3.2.2表面活性剂的分散稳定作用

3.2.3表面活性剂在溶液中的胶团化

3.2.4表面活性剂的加溶作用

3.2.5表面活性剂的选择

3.3纳米二氧化铈、铁粒子组合物添加剂润滑油的配制

第四章 含纳米二氧化铈、铁组合物添加剂的润滑油的摩擦学性能研究

4.1纳米二氧化铈、铁粒子的极压性能测试

4.2磨斑直径和摩擦系数的测定

4.2.1试验步骤：

4.2.2试验结果

4.2.3试验结果分析

第五章 纳米二氧化铈、铁粒子组合物添加剂抗磨减摩机理的初步探讨

5.1普通的液态润滑剂和传统的固体润滑剂抗磨减摩机理

5.2纳米材料的抗磨减摩机理

第六章 结论和展望

6.1主要结论

6.2工作展望和建议

致谢

参考文献