兩種碳基納米顆粒作為潤(rùn)滑油添加劑的摩擦學(xué)特性研究.pdf

1、摩擦磨損是造成機(jī)器零部件失效的主要原因之一。其中，柴油不完全燃燒產(chǎn)生的黑色固體顆粒物不僅對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部造成損傷，同時(shí)排放到空氣里，也是PM2.5的重要來(lái)源。其類似碳顆粒的外觀使得其有作為潤(rùn)滑油添加劑的可能。目前，有研究證實(shí)了該類納米顆粒會(huì)加劇機(jī)械零部件的損傷，但現(xiàn)有研究并不全面。另外，表面織構(gòu)技術(shù)也在近年得到廣泛的關(guān)注，織構(gòu)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(yàn)機(jī)上，采取球-平面往復(fù)移動(dòng)

2、接觸方式，在不同溫度下(25℃，100℃，175℃)，不同材質(zhì)（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(rùn)滑油添加劑的摩擦學(xué)性能。通過(guò)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(duì)納米煙炱顆粒和納米石墨顆粒進(jìn)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(shè)備分析了減磨特性和作用

3、機(jī)理。系統(tǒng)的研究了它們作為潤(rùn)滑油添加劑在不同面積率的織構(gòu)表面上的摩擦磨損行為，得到以下結(jié)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(jié)晶度比納米煙炱顆粒更好，結(jié)構(gòu)更加完整。Span-80作為潤(rùn)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(shí)，相對(duì)于純PAO4潤(rùn)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(huì)加劇磨損，反而兩種碳基納米顆粒展現(xiàn)出了極其優(yōu)異的減摩抗磨效果。摩擦系數(shù)降低了2-5倍，在25℃、100℃時(shí)，添加納米顆粒的摩擦系數(shù)均穩(wěn)定在0.15附近;在175℃，劇烈的摩擦化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到2000-3000s之間時(shí)，摩擦系數(shù)急劇增加到0.5左右。雖然摩擦系數(shù)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(jī)理為在磨損表面形成

5、了一層保護(hù)膜，改變了摩擦界面接觸環(huán)境。納米顆粒作為添加劑的潤(rùn)滑性能，與它的分散穩(wěn)定性，顆粒大小，化學(xué)物理性能均有關(guān)系。
　　3:采用65Mn彈簧鋼為下試樣時(shí)，添加以上兩種碳基納米顆粒同樣表現(xiàn)出了優(yōu)良的摩擦磨損行為。當(dāng)采用硬度更高的材質(zhì)作為基體時(shí)，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(cè)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(shí)驗(yàn)進(jìn)一步完善了納米煙炱顆粒作為潤(rùn)滑油添加劑的機(jī)

6、理分析，提出了納米煙炱顆粒作為潤(rùn)滑油添加劑的作用機(jī)理主要以滾動(dòng)軸承、摩擦化學(xué)反應(yīng)、電化學(xué)效應(yīng)等為主。
　　4:在PAO4基礎(chǔ)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(gòu)表面的平均摩擦系數(shù)均在100℃最高。面積率為19.6％、22.1％的織構(gòu)的摩擦系數(shù)較原始表面更大，但磨損率卻顯著減小;織構(gòu)微坑的數(shù)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(gòu)的摩擦系數(shù)差別不