纳米羟基硅酸镁与ZDDP的协同减磨性能研究

摘要

摩擦学是研究相对运动表面间的摩擦、磨损和润滑的科学技术。减轻摩擦，降低磨损一直是一个永恒而重要的研究课题。从19世纪50年代起，二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)就作为润滑油的主要抗磨剂使用至今，然而它会降低汽车尾气催化剂的寿命，释放含磷、硫等有害物质，因此找到一种新型、“绿色”润滑油抗磨剂来代替或部分代替ZDDP具有重要的研究意义。人工合成纳米羟基硅酸镁(MSH)纳米材料具有独特的层状结构，其作为润滑油添加剂具有优异的摩擦学性能，本文将研究人工合成MSH与ZDDP的协同摩擦学性能。
　　首先利用高温高压水热合成法，设置反应温度200℃、转速450r/min、反应时间12h，制得羟基硅酸镁纳米粉体，并借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线荧光衍射(XRD)对其形貌，结构等进行表征。
　　其次，研究了不同试验条件下MSH纳米粉体作为润滑油添加剂的摩擦学性能。通过静置沉淀法研究了不同分散剂条件下，纳米粉体在基础油PAO10中的分散性能;利用四球摩擦磨损试验机进行摩擦学试验，筛选出使MSH具有最优分散性能及摩擦学性能的分散剂类型。在此基础上，探讨了分散剂添加量、纳米粉体添加量对MSH摩擦学性能的影响和不同载荷、转速条件下纳米粉体的摩擦学性能。
　　最后，对传统抗磨添加剂ZDDP进行摩擦学性能测试，并在特定工况下与MSH纳米粉体添加剂的减摩抗磨效果进行对比。并且将ZDDP与MSH纳米粉体进行复配，对其在PAO10基础油中的协同摩擦学性能进行试验，分别探讨了复配过程中ZDDP添加量以及分散剂添加量对其协同摩擦学性能的影响。借助SEM、X射线能谱仪(EDS)等手段对磨损表面进行形貌及元素分析，初步探究其抗磨机理。
　　试验结果表明，不同类型分散剂对MSH纳米粉体在PAO10中的分散性能及摩擦学性能有重要的影响，通过分散剂对纳米粉体表面进行改性，可以显著改善其分散性能，并且在摩擦过程中，显著提高摩擦稳定性，降低磨损;随着分散剂添加量的增多，MSH作为润滑油添加剂对应磨斑直径值先减小后增大;MSH纳米粉体添加量的改变对磨斑大小没有显著的影响，并且其在高速高载、高速低载、中速高载的工况下具有较优的抗磨效果;与ZDDP相比，纳米粉体及Span80在基础油PAO10中的摩擦系数较小且稳定性提高，磨损量降低;ZDDP与MSH纳米粉体具有优异的复配减磨抗磨性能，磨损表面相对更加平整、光滑，并且生成了一层含有Fe、C、O、Mg、Si、P、S、Zn等元素的减摩抗磨膜。

目录

声明

致谢

摘要

1．1摩擦学概述

1．2润滑油添加剂

1．3纳米粒子润滑油添加剂

1．4羟基硅酸镁研究现状

1．4．1 天然羟基硅酸镁研究现状

1．4．2人工合成羟基硅酸镁的研究

1．4．3羟基硅酸镁分散性研究

1．4．4人工合成羟基硅酸镁摩擦学性能研究现状

1．4．5羟基硅酸镁复合型润滑油添加剂研究现状

1．5本课题的研究意义

1．6本课题的主要创新与研究内容

2研究方法

2．1 水热法合成羟基硅酸镁

2．1．1反应原理及实验原料

2．1．2实验步骤

2．2试验设备及材料

2．3试验分析方法

2．3．1摩擦学性能评价方法

2．3．2表征方法

3试验条件变量对纳米粉体摩擦学性能的影响

3．1 不同分散剂对羟基硅酸镁粉体摩擦学性能的影响

3．2 Span80分散剂对纳米粉体摩擦学性能的影响

3．3 Span80添加量对羟基硅酸镁纳米粉体摩擦学性能的影响

3．4羟基硅酸镁纳米粉体添加量对摩擦学性能的影响

3．5不同载荷对羟基硅酸镁纳米粉体摩擦学性能的影响

3．6 不同转速对羟基硅酸镁纳米粉体摩擦学性能的影响

3．7本章小结

4羟基硅酸镁纳米粉体与ZDDP的协同作用

4．1 ZDDP

4．2 ZDDP作为润滑油添加剂在基础油PAO10中的摩擦学测试

4．3 ZDDP与羟基硅酸镁纳米粉体添加剂摩擦学性能的比较

4．4 ZDDP与羟基硅酸镁纳米粉体添加剂的协同作用试验

4．4．1 ZDDP添加量不同时两种添加剂的协同作用试验

4．4．2 Span80添加量不同时两种添加剂的协同作用试验

4．5机理分析

4．6本章小结

5结论与展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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