碳纳米材料润滑油添加剂的研究

摘要

不同维度碳纳米材料间复配具有优异的润滑性能，能显著提高润滑油减摩抗磨性能。然而，单一制备碳纳米材料制备周期长、经济成本高，且因制备工艺不同难以解决分散稳定问题。本论文采用一种新型电弧炉专利设备制备出二维纳米石墨烯片与零维无定形碳球混合碳纳米材料，利用真空浸渍技术提高分散稳定性，将其作润滑油添加剂提高润滑油减摩抗磨性能。　　1、制备出碳纳米材料，利用TEM、TG、BET及孔隙度仪测试分析，结果表明：碳纳米材料由层状石墨烯和无定形碳球混合组成，且比表面积为123.150m2/g，平均孔径为22.144nm、总孔体积为0.606cm3/g；层状石墨烯片片径为100-200nm、层数为4-8层，无定形碳球直径为10-50nm，该碳材料为纳米级；其中无定形碳球含量11.35%，其余为纳米石墨烯片。　　2、采用分散剂分散碳纳米材料制备出不同分散剂分散的碳纳米材料润滑油，通过静置沉降法测试分散剂分散性能，筛选出分散性能好的分散剂，并利用粘度测定仪测试分散剂对润滑油粘度影响，结果表明：高分子量丁二酰亚胺型无灰分散剂（HK11）分散性能良好，且对润滑油粘度影响较大，当添加用量至4wt.%，粘度增长至110.90mm2/s，超出所用500SN基础油粘度90-110mm2/s范围。采用真空浸渍技术制备出不同HK11浓度改性碳纳米材料润滑油添加剂，通过静置沉降和离心测吸光值测试分散稳定性，结果表明：0.03g/mlHK11分散剂溶液制备的改性碳纳米材料润滑油添加剂分散稳定性最佳，利用TG、FT-IR、XPS、Raman分析证明了改性碳纳米材料润滑油添加剂表面吸附有HK11分散剂。　　3、将改性碳纳米材料润滑油添加剂以不同添加量添加至基础油中，通过粘度分析测试、四球摩擦磨损试验研究对润滑油粘度影响及其润滑性能，结果表明：改性碳纳米材料润滑油添加剂对粘度影响较小，添加量增至0.09wt.%，润滑油粘度仅增长2.52%，符合所用500SN基础油粘度范围。500SN基础油添加改性碳纳米材料润滑油添加剂下，平均摩擦系数平均降低27.73%，在最佳添加量0.025%下，平均摩擦系数为0.078，降低34.45%；磨斑直径为0.582mm，降低3.64%，改性碳纳米材料润滑油添加剂润滑性能优异。　　4、将0.025wt.%改性碳纳米材料润滑油添加剂添加至商品油壳牌15w-40中，通过四球摩擦磨损试验研究在商品油中抗磨效果，结果表明：商品油壳牌15w-40磨斑直径从0.368mm减小至0.342mm，降低7.06%，商品油抗磨性能提高。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1.1 纳米材料作润滑添加剂概述

1.1.2 纳米材料润滑添加剂作用机理及分类

1.1.3 复合纳米材料润滑添加剂研究进展

1.2 碳纳米材料润滑油添加剂的研究进展

1.2.1 四种维度碳纳米材料

1.2.2 碳纳米材料复配

1.3 碳纳米材料分散稳定性研究进展

1.3.1 表面化学改性法

1.3.2 表面机械化学改性法

1.3.3 表面包覆改性法

1.4.1 课题的研究意义

1.4.2 论文的主要研究内容

1.4.3 论文创新点

1.4.4 技术路线

2 实验部分

2.1.1 实验材料

2.1.2 实验仪器及设备

2.2.1 碳纳米材料制备

2.2.2分散剂优选

2.2.3 真空浸渍法制备改性碳纳米材料润滑油添加剂及其性能测试

2.2.4 改性碳纳米材料润滑油添加剂在润滑油中润滑性能测试

2.2.5 改性碳纳米材料润滑油添加剂在商品油中抗磨效果测试

3 结果与讨论

3.1 碳纳米材料分析

3.1.1 形貌分析

3.1.2 不同维度碳纳米材料含量分析

3.1.3 孔隙度及比表面积分析

3.2.1 分散剂确定

3.2.2 分散剂添加量对润滑油粘度影响

3.3.1 HK11吸附量分析

3.3.2 分散稳定性分析

3.3.3 表面性质及结构分析

3.3.4 改性碳纳米材料润滑油添加剂对粘度影响

3.3.5 真空浸渍改性机理分析

3.4 改性碳纳米材料润滑油添加剂在润滑油中润滑性能分析

3.4.1 摩擦系数分析

3.4.2 磨斑直径分析

3.4.3 磨斑形貌分析

3.4.4 改性碳纳米材料润滑油添加剂最优添加量确定

3.4.5 改性碳纳米材料润滑油制备工艺小结

3.5 改性碳纳米材料润滑油添加剂在商品油抗磨效果分析

3.5.1 磨斑直径分析

3.5.2 磨斑形貌及EDS能谱分析

3.6 改性碳纳米材料润滑油添加剂减摩抗磨过程分析

4 结论

参考文献

作者简历

学位论文原创性声明

学位论文数据集