片状纳米MoS2的制备及其在油润滑中的减摩抗磨性能研究

目的探究片状纳米MoS_2的制备工艺及其在油润滑中的减摩抗磨性能。方法以钼酸钠和硫脲为原料,采用水热反应法在220℃条件下制备片状纳米MoS_2,利用红外(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)、能量色散谱仪(EDS)表征纳米颗粒的化学成分、晶体结构等理化性质。使用硅烷偶联剂(KH570)对其进行表面包覆改性,并使用超声处理将其分散到石蜡油中,形成润滑油分散体系。采用球-盘式摩擦磨损试验机对其作为添加剂在润滑油中的减摩抗磨性能进行考查,通过SEM、EDS等结果建立理论模型,并探究其减摩抗磨机理。结果制备出粒径在30~100 nm的片状纳米级MoS_2。石蜡油中添加片状纳米MoS_2可以显著改善其摩擦学性能。当添加量为1.0%(质量分数)时,摩擦系数比用纯石蜡油低约53.4%,磨斑直径比用纯石蜡油降低约41.1%。当用纯石蜡油作为润滑剂时,对偶盘磨损表面表现出了明显的犁沟磨损,而当用纳米润滑油作为润滑剂时,对偶盘的磨痕宽度最高降低了43.9%。结论片状纳米MoS_2可随润滑油流动进入摩擦接触界面,并随着界面的相对滑动吸附在摩擦表面形成沉积膜,从而达到减摩耐磨的效果。     

电解液中MoS_2和SiC浓度与配比对铝合金微弧氧化膜层摩擦学性能的影响

采用微弧氧化技术,在ZL109铝合金表面原位生成陶瓷层。选择MoS_2和SiC两种微纳米颗粒分别作为复合微弧氧化层的减摩添加剂和耐磨添加剂,采用扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)及X射线衍射(XRD)等研究了电解液中MoS_2和SiC的浓度与配比对铝合金微弧氧化陶瓷膜层成分及摩擦学性能的影响。结果表明:当纳米颗粒的总浓度为6 g/L时,复合微弧氧化层中两种纳米颗粒的含量最多,在摩擦磨损试验中的摩擦系数和磨损量最低;在纳米颗粒的总浓度为6 g/L同时MoS_2和SiC的配比为1∶2的情况下,复合微弧氧化层的摩擦系数较低、磨损量最低,复合微弧氧化层的减摩效果明显、耐磨效果最优。     

化学织构化45#钢表面涂覆MoS2薄膜的摩擦学性能

目的提高干摩擦条件下45~#钢表面的减摩耐磨性能。方法采用FeCl_3与HCl混合刻蚀液对45~#钢表面进行化学织构化处理,并在织构表面涂覆MoS_2形成复合润滑薄膜。通过摩擦磨损实验,评价了表面织构以及复合润滑薄膜的减摩耐磨特性,并通过扫描电子显微镜对磨痕进行分析。结果进行化学织构化处理后,45~#钢表面形成了均匀的微坑结构及由点蚀产生的孔洞结构,表面粗糙度Ra上升到了0.89μm,与未刻蚀的样品相比,刻蚀后表面的摩擦系数降低了23%,其摩擦过程也更稳定。这可能是由于刻蚀后产生的微坑与点蚀孔洞结构能够捕获磨屑,减少磨粒磨损。在经化学刻蚀后的织构表面上构筑了MoS_2薄膜,与未刻蚀的样品相比,这种表面的摩擦系数得到了极大的降低,能达到0.1左右,其耐磨寿命也得到了极大的延长,磨痕宽度也有了明显的降低。其主要原因可能是由于刻蚀后产生的微坑与点蚀孔洞结构存储的固体润滑剂,在摩擦过程中由对偶件带入摩擦区域进行了有效润滑。结论化学刻蚀形成的表面织构能够在一定程度上提高45#钢表面的摩擦学性能,涂覆MoS_2形成的复合润滑膜能够极大地降低45#钢表面的摩擦系数并大大延长其耐磨寿命。     

MoS_2/SiC复合微弧氧化层的制备及性能

采用微弧氧化技术,使用WHD-20型微弧氧化电源,在ZL109铝合金表面原位生长陶瓷层,针对铝合金的摩擦学性能的不足,展开了减摩耐磨微弧氧化层的研究。电解液中选取MoS_2作为减摩添加剂,SiC作为耐磨添加剂,将两种纳米颗粒在电解液中良好分散后,烧结在微弧氧化层中,成功制备了MoS_2/SiC复合微弧氧化层。用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、显微硬度仪和摩擦磨损试验机分别评价了复合微弧氧化层的结构、成分、硬度以及摩擦学性能。结果表明:MoS_2/SiC复合微弧氧化层生长速度减缓,膜层厚度减少了16. 2%,表面形貌更加致密且粗糙度减小了40. 22%,硬度增加了11. 06%。在摩擦磨损试验中,复合膜层磨损量降低了32. 65%,摩擦因数更低且平稳。     

纳米金刚石在摩擦副界面的减摩耐磨机理探讨

本文根据纳米金刚石在摩擦学领域的一些应用结果,初步探讨了纳米金刚石在摩擦副界面的减摩耐磨机理,指出了该应用领域有待深入研究的问题。纳米金刚石加入润滑油中,可以在摩擦副界面起到显著的耐磨减摩作用。纳米金刚石颗粒在摩擦副之间的作用包括纳米金刚石对摩擦界面表面抛光,形成一层摩擦系数极低的金刚石固体边界润滑膜以及在黑色金属摩擦副中纳米金刚石表面石墨化等。     

活塞环表面织构化镀层的摩擦性能研究

目的以缸套/活塞环为试验对象,研究激光织构化与固体润滑镀层的协同减摩作用。方法采用脉冲激光在活塞环表面进行微孔化处理,利用电脉冲沉积法在微孔内制备具有不同MoS_2微粒浓度的Ni-MoS_2复合镀层,通过往复式摩擦试验研究织构化表面沉积固体润滑剂对活塞环-缸套的影响机制。结果镀液中MoS_2微粒浓度对镀层的硬度和摩擦学性能影响较大,相同电流密度下,电镀液中MoS_2微粒的质量浓度为5g/L时的镀层硬度最高,该浓度下Ni-MoS_2复合镀层在干摩擦下具有最佳的摩擦系数和最低的磨损率。织构化复合镀层可以显著改善接触面间的摩擦性能,相比未织构化摩擦配副,摩擦系数降低约0.2,磨损率下降50%。结论干摩擦条件下,表面织构可以有效地储存摩擦副之间的固体润滑剂和磨粒,在接触表面形成连续润滑膜,减少磨粒磨损。     

微坑分布位置对复合润滑结构缸套摩擦磨损性能的影响规律

采用电火花加工方法在FeNi合金镀铁缸套试样表面的止点、中点、全程位置刻蚀微坑织构,采用球磨法对微坑填充固体润滑剂MoS_2以制备复合润滑结构缸套。采用对置往复式摩擦磨损试验机,研究微坑分布位置对复合润滑结构缸套摩擦磨损性能的影响规律。采用SEM和EDS研究配副的磨损形貌。结果表明:复合润滑结构缸套能提高承载性能、降低摩擦因数,但不一定都能提高缸套的磨损性能和抗拉缸性能。唯有微坑分布在止点的复合润滑结构缸套相比未处理缸套,表现出良好的减摩耐磨和抗拉缸性能,摩擦因数降低了4.97%~6.26%,对磨环磨损量减少了58.3%,拉缸时间延长了10倍。随着往复运动的进行,微坑中的MoS_2逐渐向缸套表面转移,改善了止点区域的润滑性能,良好保护了摩擦界面。     

表面微织构化石墨涂层对铝合金表面的协同减摩机理研究

目的 研究微织构和固体润滑涂层对铝合金表面减摩、抗磨性能的协同作用效果,为铝合金内燃机活塞外圆表面的减摩、抗磨设计提供参考。方法 采用脉冲Nd:YAG激光器在试件表面加工出具有规则形貌的正方形凹坑阵列,利用热喷涂工艺在微织构化基体表面喷覆固体石墨涂层,在乏油条件下,利用HSR-2M型高速往复摩擦磨损试验机进行摩擦磨损实验,采用扫描电子显微镜和超景深显微系统对试样磨损表面进行了分析,研究微织构几何参数、相对滑动速度、涂层特性对摩擦副表面减摩、抗磨作用的协同机理及影响规律。结果 在乏油润滑条件下,仅覆盖石墨涂层的摩擦副表面,摩擦系数较光滑表面降低了44%。经微织构修饰的摩擦副表面,其摩擦系数明显小于光滑表面,其中微织构所占面密度为8.2%时摩擦系数最低,相对于光滑表面降低了67.4%。当在微织构和石墨涂层的协同作用下,摩擦系数进一步降低至0.07,且铝合金基底表面未见明显磨损,此外较高的滑动速度有利于摩擦系数的进一步降低。结论 微织构和石墨涂层的协同作用下,能有效改善乏油工况下铝合金表面的摩擦学性能,合理的几何参数可以更有效地发挥减摩和抗磨效果。     

二维纳米片状MoS2的制备及其作为润滑添加剂的减摩抗磨性能

目的 探究具有超薄结构的二维纳米片状MoS2的制备方法及其在发动机润滑油中的减摩抗磨性能。方法 以七钼酸铵和硫脲为反应前驱物,油胺为反应溶剂,采用原位表面法制备出表面修饰有油胺分子的二维纳米片状MoS2。利用透射电镜（TEM）、红外光谱分析仪（FT-IR）、X射线光电子能谱仪（XPS）表征纳米片状MoS2的形貌特征、表面状态及化学组成。采用球盘式摩擦磨损试验机对其作为润滑添加剂在发动机润滑油中的摩擦学性能进行考察,并通过三维共聚焦表面形貌仪、扫描电镜和X射线光电子能谱仪对磨痕进行分析。结果 所制备的具有超薄结构的二维纳米片状MoS2在发动机润滑油中具有良好的减摩和抗磨性能,当其添加量为3%时,摩擦系数降低27.1%,磨斑直径降低17.17%。在150 ℃高温下,使用纯发动机润滑油进行润滑时,摩擦初始阶段的摩擦系数高达0.5,出现润滑失效现象。然而,使用添加有3%二维纳米片状MoS2的润滑油进行润滑,150 ℃高温下的摩擦系数在整个实验过程中都比较平稳,磨损体积和最大磨痕深度为纯发动机润滑油润滑时的23.44%和28.53%。结论 在摩擦过程中,两摩擦表面处于边界润滑状态,所制备的二维纳米片状MoS2随润滑油进入摩擦接触区,发挥良好的润滑效果。特别是在高温下,当发动机润滑油润滑失效时,二维纳米片状MoS2在摩擦表面生成富含MoS2的摩擦化学反应膜填充修复磨损表面,起到润滑作用。     

激光微织构固体润滑表面高温摩擦学性能研究

目的 研究微织构纳米固体润滑剂及碳纳米管(CNTs)添加剂对微织构表面高温润滑性能的影响.方法 采用YLP-HP-1-100-100-100型光纤激光器在Cr4M04V高温轴承钢表面进行织构化处理,并填充二硫化钼(MoS2)-聚酰亚胺(PI)和不同碳纳米管添加含量的MoS2-PI-CNTs复合固体润滑剂.在环-盘接触的MMU-10G高温摩擦磨损试验机上进行了环境温度从室温到400℃的滑动摩擦性能试验.结果 填充含纳米MoS2的复合固体润滑剂的微织构表面的摩擦系数比填充含相同含量微米MoS2的低35％左右.微织构纳米MoS2-PI自润滑表面摩擦系数随碳纳米管含量的增加先减小后增大,当碳纳米管质量分数为6％时,其摩擦系数最小,且比无碳纳米管的低37％左右.在MoS2-PI纳米复合润滑剂中添加6％碳纳米管后,MoS2-PI-CNTs纳米复合润滑剂具有更高的使用温度和更低的摩擦系数.结论 纳米MoS2的润滑效果优于微米MoS2,碳纳米管有利于提高MoS2-PI复合固体润滑剂的耐热性能和润滑减摩性能.     

改性纳米坡缕石在油润滑中的减摩抗磨性能研究

目的探索不同改性剂对纳米坡缕石的表面修饰效果,探究其在油润滑中的减摩抗磨和自修复机理。方法以油酸和钛酸酯作为改性剂对纳米坡缕石进行表面修饰,采用沉降法和透射电子显微镜(TEM)表征改性效果。将选择的改性剂和纳米坡缕石放入球磨机内在线修饰,制备成润滑油添加剂并将其超声分散于纯基础油150N中,形成润滑油分散体系。采用环-盘式摩擦磨损试验机对其摩擦性能进行考察,通过金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱仪(EDS)进行微观结构观察与分析,并探究其润滑及自修复机理。结果采用油酸修饰的纳米坡缕石满足润滑油行业的要求,可显著改善润滑油的摩擦学性能。与纯基础油相比,当添加剂含量为3.0%时,45#钢摩擦副磨损表面形成了一层含多种元素的复合陶瓷自修复膜,平均摩擦系数降低了31.3%,磨损量减少了16.0%。结论纳米坡缕石添加剂可随油液流动智能吸附于摩擦界面,阻止摩擦副之间的直接接触,产生纳米滚珠效应。同时,随着界面滑动发生摩擦化学反应生成自修复膜,填补犁沟和划痕,在纳米滚珠和自修复膜共同作用下达到减摩抗磨的效果。     

铜纳米添加剂的制备及其摩擦学性能分析

采用KBH4液相还原法制备了纳米铜颗粒,通过X射线衍射和透射电镜分析,得出所制备的纳米铜颗粒的粒径约为20nm的圆球形颗粒。分析了表面修饰的纳米铜颗粒作为润滑油添加剂的摩擦学性能和作用机理,结果表明纳米铜的加入,能在磨损表面形成一层润滑性的铜膜,从而能够有效地改善润滑油的抗磨减摩性能,降低润滑油的摩擦因数,减小摩擦副的磨损量,并得出纳米铜添加剂的最佳用量。     

纳米磁性流体与表面织构对钛合金的协同减摩作用机制

目的 提高钛合金表面的摩擦学性能。方法 采用纳秒激光器在钛合金表面构造沟槽型微织构图案,并以水基纳米磁流体和去离子水为润滑剂,利用UMT-3摩擦磨损试验机探究了织构与纳米磁流体的协同减摩作用机制。结果 分析了不同润滑条件下,沟槽型织构的分布间距对钛合金表面摩擦磨损性能的影响,在织构与纳米磁流体的协同作用下,钛合金表面的摩擦学性能得到改善,织构间距为250μm时的摩擦学性能最好,摩擦因数最大降低约51.5%,磨损率最大降低77.6%。当织构间距过小,织构化表面承载区减少,导致织构磨损较快,而织构间距过大会弱化织构效果。其次,以最优织构间距为基础,进一步探究了不同表面织构形貌和深度对钛合金表面摩擦学性能的影响。最后,研究了最优织构参数下,滑动速度和加载载荷对钛合金减摩性能的影响。结论 在润滑条件下,织构的表面形貌和深度影响钛合金表面的摩擦学性能,织构深度太浅或太深时,其流体动压效应都会减弱,从而导致摩擦因数和磨损量增大;当产生足够大的动压效应时,织构边缘的凸起结构能够对织构起到保护作用,延缓织构磨损。     

纳米铜添加剂在装备修复技术中的应用

考察了纳米铜添加剂在不同润滑油中的减摩抗磨性能,采用扫描电子显微镜对磨损表面进行了形貌和元素分析,模拟实际工况进行了300h的发动机台架试验.结果表明纳米铜添加剂具有良好的减摩抗磨性能,可使润滑油650SN的摩擦系数降低48%,磨痕宽度降低21%;使坦克润滑油50CC的摩擦系数降低40%,磨痕宽度降低33%;使柴油机油15W/40CD和汽油机油15W/40SF的摩擦系数分别降低9%和15%,磨痕宽度分别降低22%和18%.在摩擦过程中,纳米铜添加剂能够在磨损表面形成了一层疏松的自修复膜,这层修复膜隔离了摩擦副之间的直接接触,修复了磨损表面的微损伤,从而起到有效的自修复作用.由纳米铜等添加剂组成的复合型添加剂具有优良的动力性、自修复性和经济性.     

基于纳米晶的低温离子渗硫层油润滑条件下摩擦磨损性能

利用预压力滚压技术在堆焊修复层表面制备纳米晶层,用低温离子渗硫技术在纳米晶层表面制备Fe S固体润滑膜。利用CETR-3型多功能摩擦磨损试验机考察油润滑条件下堆焊层表面纳米晶/Fe S复合层的摩擦磨损性能。采用SEM、EDS、XRD和XPS对摩擦磨损前后的硫化层微观组织结构进行分析。结果表明:与原始低温离子渗硫层相比,基于纳米晶的渗硫层厚度增加了40%,硫化层更为密实,基于纳米晶的低温离子渗硫层摩擦因数明显降低,磨损量降低40%左右,承载能力明显提高。耐磨减摩性能提高是纳米晶层作用的结果,基于纳米晶的硫化层硫化物含量较高,Fe S相所占比例较高,高硬度的纳米晶层为表面润滑层起到良好的支撑,对于减摩性能的提高起到积极作用。     

钛基纳米润滑添加剂的减摩抗磨及自修复特性对比

针对恶劣工作环境会加剧机械设备摩擦副间的磨损而降低其服役寿命的问题,对比研究3种纳米添加剂TiO2、TiN和TiC在不同工况下的摩擦学性能及其自修复性能。根据SH-T0762-2005标准润滑油摩擦因数测定法,并利用MRS-10A型四球磨损试验机磨斑测量光镜、激光共聚焦显微镜和能量色散谱仪(EDS)对磨损表面进行表征,探讨其润滑抗磨及自修复机理。结果表明:钛基纳米添加剂的加入很好地改善了润滑油的抗磨减磨性能,并使其具有一定的自修复性能;当钛基纳米质量分数为0.5%时,其减摩抗磨性能达到最佳。3种纳米添加剂中,对润滑油减摩抗磨性能改善效果最好的是纳米TiO2,而自修复效果最好的则为纳米TiN。故纳米TiN和纳米TiO2作为润滑油添加剂,具有较好的减摩抗磨和自修复能力。     

纳米SiC/SiO_2复合体系的高温减摩抗磨性能研究

用SRV摩擦磨损试验机考察了纳米SiC/SiO_2复合体系的高温抗磨减摩性能.结果表明,在连续加载高温试验中,SiC/SiO_2复合体系在较低负荷下摩擦系数改善不明显,但当SiC/SiO_2之比为0.5时能明显改善基础油在高温高负荷条件下的减摩性能.在50 N恒定载荷,温度为200和400 ℃时,SiC/SiO_2复合体系对基础油的高温减摩抗磨性能都有不同程度的提高,其中当SiC/SiO_2之比为0.1时最为明显,其抗磨性能分别提高了90%和76%.     

纳米添加剂对GCr15/1045钢摩擦磨损性能的影响

随着纳米科技的发展和对纳米材料功能特殊性的认识,纳米材料作为添加剂开始越来越多的应用到机械的润滑和抗磨自修复研究中。文中利用PLINT NENE-7型磨损试验机,以中石油兰州润滑油厂生产的中负荷工业闭式齿轮油L-CKC220作为基础油研究了纳米氮化铝、纳米碳化硅和油溶性纳米铜合金作为添加剂对GCr15/1045钢摩擦副滑动摩擦磨损特性的影响。分析不同纳米材料对摩擦因数曲线、磨斑形貌(SEM)及EDX能谱分析图的影响。结果表明:3种纳米添加剂均能使摩擦副的摩擦因数明显降低;纳米氮化铝和油溶性纳米铜合金作为添加剂具有良好的减摩和抗磨性能,分别使摩擦系数降低33.3%和28.6%,并能非常明显的沉积在摩擦副表面;纳米碳化硅的性能较差。     

纳米添加剂对GCr15/1045钢摩擦磨损性能的影响

随着纳米科技的发展和对纳米材料功能特殊性的认识,纳米材料作为添加剂开始越来越多的应用到机械的润滑和抗磨自修复研究中。文中利用PLINT NENE–7型磨损试验机,以中石油兰州润滑油厂生产的中负荷工业闭式齿轮油L–CKC220作为基础油研究了纳米氮化铝、纳米碳化硅和油溶性纳米铜合金作为添加剂对GCr15/1045钢摩擦副滑动摩擦磨损特性的影响。分析不同纳米材料对摩擦因数曲线、磨斑形貌(SEM)及EDX能谱分析图的影响,结果表明：3种纳米添加剂均能使摩擦副的摩擦因数明显降低;纳米氮化铝和油溶性纳米铜合金作为添加剂具有良好的减摩和抗磨性能,分别使摩擦系数降低33.3%和28.6%,并能非常明显的沉积在摩擦副表面;纳米碳化硅的性能较差。     

TiN/BN与AlN/BN纳米混合添加剂的摩擦学性能研究

目的探究TiN/BN与AlN/BN两类纳米混合添加剂在油润滑中的摩擦学性能,分析纳米润滑油润滑机理。方法以油酸作为分散剂,提高纳米添加剂在基础油中的分散性能,利用MRS-10A型四球摩擦磨损实验机对不同混合比例、不同添加浓度的TiN/BN与AlN/BN纳米润滑油进行摩擦学性能测试,使用扫描电镜观察磨斑表面形貌,用EDS和XPS检测磨斑表面元素种类及相应化合价态。结果经油酸分散的混合纳米粒子的质量比为1︰1时,纳米润滑油表现出最好的抗磨减摩性能。其中TiN/BN纳米混合添加剂的质量分数为0.6%时,磨斑直径和摩擦系数较基础油分别降低34.97%和16.75%,最大无卡咬负荷提高65.96%;AlN/BN纳米混合添加剂的质量分数为0.2%时,磨斑直径和摩擦系数较基础油分别降低24.49%和11.76%,最大无卡咬负荷提高38.30%。磨斑表面磨痕沟槽深度、宽度减小,表面粗糙度明显降低。结论分散在油液中的AlN、BN、TiN纳米粒子进入摩擦副间发挥承载支撑作用,将滑动摩擦变为滑动-滚动混合摩擦,降低摩擦磨损。进入摩擦副间的AlN纳米粒子由于高表面能特性,沉淀吸附于摩擦表面凹坑处,修复磨损表面,TiN、BN纳米粒子与摩擦表面发生化学反应,生成由Fe-O、Ti-O、BO_x及TiN_xO_y等物质所构成的自修复膜,表现出较好的抗磨减摩及自修复性能。