WS_(2)和h-BN纳米添加剂对半流体锂基润滑脂极压抗磨性能影响研究

摘要

目的探究片层状的二硫化钨(WS_(2))和六方氮化硼(h-BN)纳米添加剂对00#锂基润滑脂极压性能和抗磨性能的影响,对比2种纳米材料润滑性能的差异。方法分别配制出含WS_(2)和h-BN纳米添加剂的00#半流体锂基润滑脂,对润滑脂的滴点以及锥入度理化指标进行了测定,然后使用MRS10A四球磨损试验机对润滑脂的极压抗磨性能进行考察。通过扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜(OM)观察磨斑磨损的形貌特征,并使用光电子能谱仪(XPS)对磨斑表面的元素进行检测与分析,探讨WS_(2)和h-BN纳米添加剂的作用机理。结果与基础脂相比,含WS_(2)纳米添加剂的润滑脂在质量分数为0.5%时摩擦因数最大可降低12.7%,磨斑直径可降低10.5%;含h-BN纳米添加剂的润滑脂在质量分数为0.25%时摩擦因数降低了4.2%,在质量分数为0.5%时磨斑直径最大降低22.1%;2种纳米添加剂的加入均使润滑脂的最大无卡咬负荷提高了40.0%。通过SEM和OM观察的形貌及轮廓特征可以看出,WS_(2)与h-BN纳米添加剂可以有效地改善磨斑表面质量,降低磨斑表面粗糙度,对磨损表面起到一定的修复作用。XPS元素结果分析显示,WS_(2)纳米添加剂在摩擦表面会发生摩擦化学反应生成Fe_(2)O_(3)、FeO和FeS_(2)等反应薄膜,而在h-BN磨斑表面则主要会反应生成B_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)、FeO等反应膜。摩擦反应膜的生成可以起到提高润滑脂极压抗磨性能的作用,而粒子片层间发生滑移时剪切作用力相对较低则是纳米添加剂可以起到降低摩擦因数的主要原因。以WS_(2)和h-BN纳米添加剂复配的铁路机车牵引齿轮脂按Q/CR762-2020《铁路机车牵引齿轮脂》技术指标进行理化性能检测,测定结果完全满足该标准。结论WS_(2)和h-BN都具有明显改善润滑脂润滑性能的作用,WS_(2)对降低摩擦因数的作用好于h-BN,但h-BN可以更好地降低磨损量,两者都可以有效提高润滑脂的极压性能。