納米WS2環(huán)保節(jié)能發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油的研制及其性能研究.pdf

1、隨著石油資源的日益緊缺和石油價(jià)格的持續(xù)高漲以及世界各地日趨嚴(yán)格的排放與節(jié)能法規(guī)的出臺，節(jié)能減排已經(jīng)成為汽車工業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。本研究結(jié)合納米摩擦學(xué)開發(fā)納米WS2環(huán)保節(jié)能發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油，適應(yīng)目前社會(huì)發(fā)展的需要，對全國資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)具有重要意義。
　　 本文首先在通過鎢硫直接反應(yīng)法制備出微米WS2顆粒的基礎(chǔ)上，采用強(qiáng)超聲/螺旋攪拌球磨多能場復(fù)合細(xì)化法成功制備出平均激光衍射粒度為95nm的片狀納米WS2顆粒，通過與微米WS2

2、顆粒的性能對比分析發(fā)現(xiàn)，納米WS2顆粒具有更加優(yōu)良的金屬表面吸附特性、分散穩(wěn)定性、潤滑性能和較佳的熱穩(wěn)定性(空氣氣氛下)。而機(jī)理分析初步表明，強(qiáng)超聲/螺旋攪拌球磨復(fù)合細(xì)化法主要通過沖擊粉碎作用，輔以摩擦剪切粉碎作用和強(qiáng)超聲產(chǎn)生的大量·OH對顆粒細(xì)化的促進(jìn)作用來達(dá)到超細(xì)化WS2粉末的目的。
　　 針對潤滑油中納米WS2顆粒易自發(fā)團(tuán)聚的特點(diǎn)，在強(qiáng)超聲/球磨攪拌復(fù)合作用下采用修飾劑SA對納米WS2顆粒進(jìn)行表面修飾處理，發(fā)現(xiàn)該方法修飾后

3、的納米WS2顆粒在PAO6、菜籽油和PriEco3004三種環(huán)保型基礎(chǔ)油中的分散穩(wěn)定性均最佳，并且當(dāng)潤滑油中納米WS2顆粒的質(zhì)量添加量為2％時(shí)，SA的最佳用量為0.5％。機(jī)理分析表明，強(qiáng)超聲/球磨攪拌的復(fù)合作用起到對納米WS2團(tuán)聚體的解團(tuán)聚作用，并使解聚后的納米WS2顆粒表面活性增強(qiáng)，造成顆粒表面的羥基(-OH)與油液中表面修飾劑SA的羧基(-COOH)發(fā)生類似于醇與酸的酯化反應(yīng)，從而使得納米顆粒表面特性由親水疏油轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油疏水，經(jīng)表面

4、修飾后的納米WS2顆粒表面的長碳鏈形成的空間位阻層和潤滑油分子形成的溶劑化層共同防止了納米顆粒的碰撞團(tuán)聚，最終使得解聚后的納米WS2顆粒長期穩(wěn)定分散于潤滑油介質(zhì)中。
　　 通過系列四球摩擦對比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在基礎(chǔ)油PAO6、菜籽油中添加2％的納米WS2顆粒對基礎(chǔ)油在常溫、高溫、低載、高載、低速、高速等工況下潤滑性能的改善最顯著，且納米WS2顆粒的改善效果優(yōu)于納米MoS2和納米石墨。此外，納米WS2顆粒與T462A、T202、T323

5、和T451A等幾種常用于發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油的極壓抗磨添加劑在PAO6和菜籽油中的配伍性良好，尤其分別與T462A、T202復(fù)配時(shí)具有增效作用。
　　 在自制發(fā)動(dòng)機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)臺架和真實(shí)汽車上進(jìn)行了納米WS2顆粒的發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，結(jié)果經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)模擬臺架實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，納米WS2能減少發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)磨損量27.6％，能降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗13％-28％，能使發(fā)動(dòng)機(jī)排放尾氣中HC、CO、NOx等有害氣體的含量分別降低18.6％-37.6％、7.7％-14.3％

6、、8.8％-19.7％；而通過行車實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，納米WS2能提高傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油的使用壽命1.5倍，并能有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗，最大節(jié)油率可達(dá)到38.50％，最小節(jié)油率也有16.39％，平均節(jié)油率為20.26％，表現(xiàn)出優(yōu)良的節(jié)能減排特性。
　　 本文在四球摩擦實(shí)驗(yàn)機(jī)、AW-3型抗磨試驗(yàn)機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)臺架上進(jìn)一步考察了納米WS2顆粒的自修復(fù)特性，結(jié)果表明，PAO6和菜籽油中納米WS2顆粒在常溫、100℃和200℃下均能對摩擦副表

7、面的微損傷、微裂紋實(shí)現(xiàn)在線原位動(dòng)態(tài)自修復(fù)，但在低載下修復(fù)效果不明顯；此外，納米WS2顆粒能減少磨粒磨損表面和粘著磨損表面的表面粗糙度，使表面平整，避免磨損加劇，能改善活塞環(huán)磨損表面的形貌，使其平整，能減小發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的磨損烈度指數(shù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的磨損嚴(yán)重程度降低，這表明納米WS2顆粒還能對已存在的磨損表面實(shí)現(xiàn)良好的自修復(fù)作用。
　　 為研究環(huán)保型潤滑油中納米WS2顆粒的作用機(jī)理，對摩擦表面進(jìn)行了XPS分析、EDS分析和氬離子濺射深

8、度剖析，結(jié)果表明，環(huán)保型潤滑油中納米WS2顆粒的潤滑過程可分為流體潤滑階段和混合潤滑階段，前一階段主要通過納米WS2顆粒增加流體潤滑油膜厚度來改善潤滑，且摩擦過程中，納米WS2顆粒會(huì)逐漸沉積于摩擦表面；后一階段初期摩擦主要發(fā)生在納米WS2沉積膜內(nèi)部，在摩擦剪切力的作用下沉積膜中的納米WS2顆粒發(fā)生擇優(yōu)取向分布，從而使得沉積膜的減摩性能得到提高，后期由于摩擦表面溫度的升高，沉積的納米WS2顆粒重新被活化，并隨摩擦在表面由富集區(qū)(如磨粒磨損

9、表面的犁溝區(qū)和粘著磨損表面的凹坑區(qū))向四周轉(zhuǎn)移，在摩擦表面微區(qū)高溫高壓的作用下與金屬微凸體作用生成具有低摩擦系數(shù)的納米FeS和納米FeSO4，納米FeS和納米FeSO4繼而受摩擦剪切作用在摩擦表面滑移鋪展，最終將磨損表面修復(fù)平整，并在表層形成由納米WO3、納米FeS、納米FeSO4及納米WS2組成的致密極壓抗磨修復(fù)層，該修復(fù)層不僅阻止了摩擦表面之間的直接接觸，而且擁有很高的承載能力，使得由剪切應(yīng)力引起的彈性變形和塑性變形局限于修復(fù)層，因

10、而有效地抑制了摩擦表面的粘著磨損和接觸疲勞，起到保護(hù)摩擦表面的作用。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)缸壓分析實(shí)驗(yàn)表明，在發(fā)動(dòng)機(jī)中納米WS2顆粒于汽缸-活塞環(huán)處密封面形成的自修復(fù)層，改善了密封性，提高了缸壓，進(jìn)而保證了更加有效的燃料燃燒，使得燃油消耗和HC、CO、NOx等有害氣體的排放降低。
　　 最后，本文選用精煉菜籽油、多元醇酯PriEco3004、聚α烯烴PAO6和高壓加氫150BS光亮油按比例調(diào)配后加入粘度指數(shù)改進(jìn)劑T618、降凝劑LZL80