兩種碳基納米顆粒作為潤滑油添加劑的摩擦學特性研究.pdf

1、摩擦磨損是造成機器零部件失效的主要原因之一。其中，柴油不完全燃燒產生的黑色固體顆粒物不僅對發(fā)動機內部造成損傷，同時排放到空氣里，也是PM2.5的重要來源。其類似碳顆粒的外觀使得其有作為潤滑油添加劑的可能。目前，有研究證實了該類納米顆粒會加劇機械零部件的損傷，但現有研究并不全面。另外，表面織構技術也在近年得到廣泛的關注，織構能夠顯著的提高材料的減摩抗磨能力，減小材料的損失。
　　本文在UTM-2摩擦磨損試驗機上，采取球-平面往復移動

2、接觸方式，在不同溫度下(25℃，100℃，175℃)，不同材質（合金鑄鐵、65Mn彈簧鋼）下考察了柴油納米煙炱顆粒和納米石墨顆粒分別作為潤滑油添加劑的摩擦學性能。通過原子力顯微鏡(AFM)、X射線衍射儀(XRD)、傅立葉紅外光譜儀(FT-IR)、拉曼光譜儀（Raman）對納米煙炱顆粒和納米石墨顆粒進行表征。借助光鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、二維形貌儀、硬度儀、能譜儀(EDX)、拉曼光譜儀(Raman)等設備分析了減磨特性和作用

3、機理。系統(tǒng)的研究了它們作為潤滑油添加劑在不同面積率的織構表面上的摩擦磨損行為，得到以下結論:
　　1:原子力顯微鏡顯示納米煙炱顆粒的粒徑大小在20nm-70nm之間，納米石墨顆粒則為10nm-30nm，略小于納米煙炱顆粒粒徑。納米石墨顆粒的結晶度比納米煙炱顆粒更好，結構更加完整。Span-80作為潤滑油添加劑的分散劑，效果良好。
　　2:采用合金鑄鐵作為下試樣時，相對于純PAO4潤滑油，添加0.01wt％納米煙炱顆粒和0.0

4、1wt％納米石墨顆粒不僅不會加劇磨損，反而兩種碳基納米顆粒展現出了極其優(yōu)異的減摩抗磨效果。摩擦系數降低了2-5倍，在25℃、100℃時，添加納米顆粒的摩擦系數均穩(wěn)定在0.15附近;在175℃，劇烈的摩擦化學反應，導致實驗進行到2000-3000s之間時，摩擦系數急劇增加到0.5左右。雖然摩擦系數在175℃不穩(wěn)定，但其磨損率依舊減少了40％-60％。添加納米煙炱顆粒以及納米石墨顆粒磨損后的表面更加光滑、犁溝較少，其減磨機理為在磨損表面形成

5、了一層保護膜，改變了摩擦界面接觸環(huán)境。納米顆粒作為添加劑的潤滑性能，與它的分散穩(wěn)定性，顆粒大小，化學物理性能均有關系。
　　3:采用65Mn彈簧鋼為下試樣時，添加以上兩種碳基納米顆粒同樣表現出了優(yōu)良的摩擦磨損行為。當采用硬度更高的材質作為基體時，納米煙炱顆粒的減摩抗磨性能優(yōu)于納米石墨顆粒，在其微區(qū)觀測到，添加納米煙炱顆粒的表面更平整，添加納米石墨顆粒的表面則可以清晰觀察到部分溝壑。該實驗進一步完善了納米煙炱顆粒作為潤滑油添加劑的機

6、理分析，提出了納米煙炱顆粒作為潤滑油添加劑的作用機理主要以滾動軸承、摩擦化學反應、電化學效應等為主。
　　4:在PAO4基礎油，25℃、100℃、175℃工況下，激光刻蝕的三種不同面積率(19.6％、22.1％、44.2％)的織構表面的平均摩擦系數均在100℃最高。面積率為19.6％、22.1％的織構的摩擦系數較原始表面更大，但磨損率卻顯著減小;織構微坑的數量越多，抗磨性能越優(yōu)異。納米煙炱顆粒加入后，不同面積率織構的摩擦系數差別不