碳基纳米颗粒在润滑油中的分散及其摩擦学性能研究

摘要

为了提高润滑油的润滑性能，添加润滑添加剂成为改善润滑性能，提高机械设备使用寿命和可靠性的重要方式之一。碳基纳米颗粒具有优异的力学性能，具有良好的应用前景。但是，由于纳米颗粒比表面积大，比表面能高，易团聚，难以在润滑体系中形成稳定均匀的分散体系，严重制约着其性能的发挥和生产应用。本学位论文以两种不同结构的碳基纳米颗粒作为润滑添加剂，通过不同的处理工艺对其进行分散改性，实现了碳基纳米颗粒在润滑油中的稳定分散，并在此基础上，考察了不同含量的碳基纳米颗粒添加剂在不同载荷下的摩擦学性能。利用Zeta电位、FIRT、XRD、Raman等表征仪器分析了颗粒特性。采用扫描电镜及其能谱仪，3D激光扫描仪，拉曼等手段对摩擦副表面进行了表征，进而探讨了碳基纳米颗粒在润滑油中的摩擦磨损机理。
　　首先论文探讨了纳米金刚石在润滑油中的分散工艺。结果表明，强酸处理和高温处理后的纳米金刚石，粒度明显降低;红外光谱分析结果表明，改性后的纳米金刚石表面含氧官能团明显增多;静置法和离心法表明，纳米金刚石在32＃液压油中具有优异的分散稳定性，分散机理归于颗粒粒度降低和表面基团的空间位阻效应。
　　由于氧化石墨烯具备比石墨烯更佳的分散前提条件，故论文又对石墨经改进的Hummers方法制备得到的氧化石墨烯作为原料，通过两种不同处理工艺对其进行分散处理。结果表明，氧化石墨烯在油胺、分散剂和清净剂的作用下可以稳定分散在柴油机油中。同时，对氧化石墨烯进行高速离心筛选的前处理，可获得透明性良好的稳定氧化石墨烯/柴油机油润滑体系。
　　另外，论文还研究了分散稳定的纳米金刚石/32#液压油润滑体系的摩擦学性能，考察了随纳米金刚石的添加量和载荷对其摩擦学特性的影响。结果表明，高载荷下，平均摩擦系数和磨斑直径随纳米金刚石的添加量的增加，呈现先降低后增加的趋势;低载荷下，平均摩擦系数和磨斑直径随纳米金刚石添加量的增加，表现出先降低，后来逐渐稳定的变化规律;低含量的纳米金刚石不改变润滑油的最大无卡咬负荷（PB值），而高含量下却提高了润滑油的PB值。
　　最后，论文研究了分散稳定的氧化石墨烯/柴油机油润滑体系的摩擦学性能。结果表明，高载荷下，氧化石墨烯不利于柴油机油的抗磨作用，但对减摩性能影响不大;低载荷下，氧化石墨烯明显提高了柴油机油的抗磨减摩性能。其机理归功于低载荷下氧化石墨烯在摩擦过程中形成良好的润滑膜，有效的降低了摩擦副间的摩擦和磨损。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 碳基纳米颗粒的分散性

1．3 碳基纳米颗粒作为添加剂的摩擦学特性

1．4 本文研究内容及意义

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究意义

第二章 碳基纳米颗粒的分散研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验设备

2．3．1 实验方法

2．3．2 粘度分析

2．3．3 粒度分析

2．3．4 XRD分析

2．3．5 红外分析

2．3．6 分散稳定性

2．4 石墨烯在润滑油中的分散研究

2．4．1 实验方法

2．4．2 粘度分析

2．4．3 红外分析

2．4．4 拉曼分析

2．4．5 分散稳定性

2．5 本章小结

第三章 改性纳米金刚石在润滑油中的摩擦性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料和设备

3．2．2 实验方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 摩擦磨损实验结果

3．3．2 摩擦表面形貌分析

3．3．3 摩擦表面元素分析

3．4 小结

第四章 氧化石墨烯在润滑油中的摩擦性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验材料和仪器

4．2．2 实验方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 摩擦磨损实验结果

4．3．2 摩擦表面形貌分析

4．3．3 拉曼分析

4．4 小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况