纳米铜润滑油添加剂在工程摩擦学中的研究进展

纳米铜具有低剪切强度和晶界滑移效应,与减摩剂、抗磨剂、抗氧剂等润滑油添加剂共同发挥协同减摩抗磨和自修复效用,具有较强的工程应用潜力。综述近年来纳米铜作为润滑油添加剂的工程摩擦学研究进展,讨论纳米铜在润滑体系中的润滑机制,总结分散稳定性、粒径及含量等因素对纳米铜颗粒摩擦学性能的影响规律,阐述增强纳米铜颗粒分散稳定性的方法。指出目前对纳米铜添加剂的摩擦学研究和润滑机制的认知仍缺乏系统性和统一性,且由于纳米铜表面较高的自由能,导致润滑油体系稳定性和润滑有效性不确定等问题,制约了纳米铜作为润滑油添加剂的工业应用和推广。最后展望纳米铜添加剂的发展方向。     

表面粗糙度对纳米润滑添加剂摩擦学性能影响的研究

摩擦学系统的复杂性及多变性增加了对材料在摩擦试验过程的预见性的难度，通过XP销盘摩擦磨损试验机分别考察了钢／钢摩擦副住不同润滑介质中不同的表面粗糙度对其摩擦系数和磨损量的影响。试验结果表明：表面粗糙度对摩擦副的摩擦学影响是复杂的，在特定的润滑条件下，不同的表面粗糙度表现出不同的摩擦学性能。     

载荷对硅酸盐/纳米铜复合添加剂摩擦学性能的影响

以含有硅酸盐/纳米铜复合添加剂的N68基础油为润滑介质,分别在100、150和200 N载荷条件下进行了摩擦磨损试验.结果表明,硅酸盐/纳米铜复合添加剂能够显著提高N68基础油的承载能力.随着试验时间的延长,下试样出现了"零磨损".与100和200 N载荷下结果相比较,载荷为150 N的摩擦环境缩短了摩擦副的磨合期,更适合于添加剂润滑作用的发挥.     

磷硼氮型润滑添加剂的制备及摩擦学性能研究

以蓖麻油酸为载体,引入磷、硼、氮元素,合成出一种新型的润滑添加剂PBN,对其理化指标进行了测定,并用红外光谱对合成样品进行了表征,同时考察了样品的摩擦学性能.结果表明,样品具有较好的抗磨减摩性、油溶性、抗腐蚀性,是一种综合性能较好的润滑添加剂.     

六方氮化硼负载纳米铜润滑添加剂的制备及其摩擦学性能研究

采用水热吸附及热解还原制备六方氮化硼负载纳米铜复合润滑添加剂(Cu/h-BN),利用透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、热重分析仪(TGA)以及红外光谱仪(FT-IR)对样品进行表征.将纳米润滑添加剂分散到聚α-烯烃(PAO10)中,采用球盘摩擦试验考察其摩擦学性能.采用扫描电子显微镜(SEM)对典型的磨痕进行...     

聚乙二醇黄原酸修饰水溶性铜纳米微粒的制备及其摩擦学性能研究

采用聚乙二醇黄原酸为修饰剂,通过原位表面修饰技术制备得到粒径分布均匀,在水溶液中具有良好分散性及稳定性的铜纳米微粒。将所得聚乙二醇黄原酸修饰铜纳米微粒作为水基添加剂考察其抗腐蚀性能及摩擦学性能。结果表明:聚乙二醇黄原酸修饰铜微粒的加入有效提高了水基润滑剂的承载能力和极压性能,当铜微粒的质量分数为2%时,水基润滑剂的最大无卡咬负荷和烧结负荷分别增加到了274 N和7 840 N;同时聚乙二醇黄原酸修饰铜纳米微粒还可有效提高水基润滑剂的抗腐蚀性能。对磨斑表面进行的EDS及XPS表征显示,磨斑表面形成了含有铜及Fe S的边界润滑膜,该润滑膜能有效减少或避免摩擦表面直接的钢/钢接触,降低摩擦接触压,明显提升水基润滑剂的摩擦学性能。     

润滑添加剂三乙醇胺硼酸酯的摩擦学特性研究

三乙醇胺硼酸酯是一种新的绿色水基全合成切削液防锈添加剂,但其在切削加工过程中的摩擦学特性尚未有报道。以钛合金与硬质合金为摩擦副,通过摩擦磨损试验比较三乙醇胺硼酸酯并与传统润滑添加剂丙三醇和聚乙二醇的摩擦学性能,同时考察不同含量的三乙醇胺硼酸酯水溶液的摩擦学性能。结果表明:三乙醇胺硼酸酯具有与丙三醇和聚乙二醇相似的减摩抗磨性能,在相对较高的载荷下,三乙醇胺硼酸酯的润滑性能更优;三乙醇胺硼酸酯水溶液的减摩抗磨性能随着其含量的增加逐渐增强,当三乙醇胺硼酸酯的体积分数达到40%以上时,溶液的润滑性能更为显著。研究表明,三乙醇胺硼酸酯有可能成为一种新型切削液润滑添加剂。     

ZnO纳米微粒作为润滑油添加剂的摩擦学作用机理

通过实验研究了 Zn O纳米微粒作为润滑油添加剂的摩擦学特性 ,提出了作用机理模型。在润滑油中同时加入 Zn O纳米微粒和分散剂可显著改善润滑油的耐磨减摩性能。其作用机理是 ,分散剂吸附在 Zn O纳米微粒团簇表面 ,然后共同吸附在摩擦副表面 ,在剪切力的作用下 ,Zn O纳米微粒团簇分割成更小的单元 ,当载荷继续增大时 ,Zn O纳米微粒处于熔化或半熔化状态 ,从而起到降低磨损 ,减小摩擦的作用     

纳米润滑添加剂改善摩擦磨损提高发动机性能的研究

以5W-30润滑油为基础油,Al_2O_3/TiO_2为纳米添加剂,配制添加剂质量分数为2%的纳米润滑油。通过摩擦学性能试验台模拟缸套-活塞环摩擦副实际工作过程,研究Al_2O_3/TiO_2纳米添加剂对摩擦学性能的改善;通过场发射扫描电镜(FESEM)对活塞环样本微观形貌进行观察,确定表面磨损情况;通过发动机台架实验研究确定实际使用工作过程中,纳米添加剂对发动机动力性能的影响。结果表明,润滑油中加入Al_2O_3/TiO_2纳米添加剂后,缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损性能得到明显改善,摩擦因数和活塞环磨损率显著下降,摩擦因数最大下降50.6%,平均下降42%;活塞环磨损率最大下降34.8%,平均下降27.2%;活塞环表面微观形貌得到明显改善,磨损表面得到修复,划痕显著减少;在转速为4 400 r/min时随着负荷逐渐增大,发动机台架实验输出功率最高提升24.2%,低负荷功率增幅显著,高负荷范围内功率平均提升3.3%,动力性能得到较大提升。     

电镀废液回收纳米铜粉作为润滑添加剂的摩擦学性能研究

以化学还原法从电镀铜废液中回收的纳米铜粉为固体润滑油添加剂,在四球式摩擦磨损试验机上研究纳米铜粉的加入量对润滑油摩擦学性能的影响。采用SEM、EDAX等分析磨斑表面,初步探讨纳米铜粉抗磨减摩机制。结果表明:纳米铜粉的添加显著提高基础油的抗磨减摩性能,当纳米铜粉加入量为0.3%(质量分数)时,其摩擦因数和磨斑直径分别比基础油减小33.4%和19%。含纳米铜粉润滑油在高载荷下具有更好的抗磨减摩性能。纳米铜粉在摩擦过程中抗磨减摩机制主要为填充作用和沉积自修复膜作用机制。     

羟基硅酸盐/纳米铜复合添加剂摩擦学性能研究

由羟基硅酸镁和纳米铜粉体按质量比1∶1组成复合添加剂,利用MJ-800型四球摩擦磨损试验机考察复合粉体、硅酸盐粉体和纳米铜分别作为N68基础油添加剂的摩擦学性能,借助JSM3010型扫描电子显微镜及EDS测试分析钢球磨痕的表面形貌和成分组成,研究了添加剂的作用机制.结果表明:添加剂的引入明显改善了基础油的摩擦学性能,添加剂粒子通过吸附、填充、微滚珠以及熔融铺展作用降低钢球磨损,并对磨损表面进行一定的修复;硅酸盐粉体和纳米铜表现出良好的协同抗磨效应,复合添加剂的极压抗磨性能优于硅酸盐粉体或纳米铜单独作为添加剂.     

二烷基二硫代磷酸镧/铕混合稀土有机化合物在润滑油中的摩擦性能

合成了二烷基二硫代磷酸镧／铕混合稀土有机化合物(La／EuDDP)，加入到30^#齿轮油中，利用四球试验机考察了摩擦磨损性能。结果表明，La／EuDDP作为润滑油添加剂具有良好的抗磨性能和承载能力，并具有一定的减摩能力，加有该添加剂的30^#齿轮油PB值增加了128％，磨斑直径减少了50％以上。     

Tribological Characterisation of Graphene Oxide as Lubricant Additive on Hypereutectic Al-25Si/Steel Tribopair

The performance of a lubricant greatly depends on the additives it involves. However, recently used additives produce severe pollution when they are burned and exhausted. Therefore, it is necessary to develop a new generation of green additives. Graphene oxide (GO) is considered to be environmentally friendly. The scope of this study is to explore the fundamental tribological behavior of graphene, the first existing 2D material, and evaluate its performance as a lubricant additive. The friction and wear behavior of 0.5 wt% concentrations of GO particles in ethanol and SAE20W50 engine oil on a hypereutectic Al-25Si alloy disc against steel ball was studied at 5 N load. GO as an additive reduced the wear coefficient by 60–80% with 30 Hz frequency for 120 m sliding distance. The minimum value of the coefficient of friction (0.057) was found with SAE20W50 + 0.5 wt% GO. A possible explanation for these results is that the graphene layers act as a 2D nanomaterial and form a conformal protective film on the sliding contact interfaces and easily shear off due to weak Van der Waal's forces and drastically reduce the wear. Scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive spectroscopy (EDS), and Raman spectroscopy were used for characterization of GO and wear scars.     

生物基汽油添加剂摩擦性能实验研究

在SRV高温摩擦磨损实验机上,在280℃高温和常温条件下,对比研究了一种市售生物基添加剂及改性后的生物蘑添加剂作为润滑剂的摩擦磨损性能。实验结果表明,原剂和改性添加剂都能够大幅度降低摩擦因数,在280℃高温条件下的摩擦因数分别由干摩擦状况下的0．5279下降为0．09414和0．107897。在常温条件下,原剂和改性添加利的摩擦因数分别为0．0858和0．098859。通过计算发现,在上止点位置附近,加入原剂和改性添加剂后摩擦功耗分别降低了82．3％和80％。相比原剂,改性后生物基添加剂提高了低温环境下的流动性能,但润滑性能有所降低。     

金属多氮唑骨架材料(MAF-6)作为棉籽油添加剂的摩擦学性能

采用模板剂法合成金属多氮唑骨架材料(MAF-6),通过SRV-V高频线性往复摩擦磨损试验机研究其作为润滑油固体添加剂的摩擦学性能。利用3D白光干涉仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)等表征手段分析磨损表面形貌及元素分布,探讨MAF-6的润滑机制。结果表明:MAF-6作为添加剂能有效提高棉籽油的抗磨性能,MAF-6质量分数为0.50%时油品表现出最佳的抗磨性能;在高往复频率和运行载荷下MAF-6的抗磨效果更显著,在最佳添加量下可使基础油抗磨性能提升30%以上。磨损表面EDS元素分析发现,MAF-6的特征元素转移到了摩擦副表面,这表明MAF-6良好的抗磨性能主要与其柔性晶体结构和在摩擦副表面形成的物理吸附膜有关。     

硅酸盐粉体作为润滑油添加剂在金属磨损表面成膜机制

在润滑油中添加蛇纹石硅酸盐粉体,采用MM-200摩擦磨损试验机研究了45#钢-45#钢摩擦副磨损表面的自修复陶瓷膜层形成机制,借助SEM及EDAX测试分析自修复陶瓷膜层的表面形貌及表面成分组成。结果表明摩擦能量对硅酸盐添加剂在磨损表面形成自修复膜层有很大的影响:自修复膜层为氧化物陶瓷材料,主要成分来自于硅酸盐添加剂。在低载荷300 N时,摩擦因数减小,硅酸盐添加剂不能转移到磨损表面,不能形成自修复膜层,仅仅起到减磨作用。下试样的失重随磨损时间增加而增加;在试验时间为20 h时,试样失重达到最大值,随后试样的失重反而减小。在载荷为600 N、900 N,试验时间30 h摩擦磨损后,在金属表面形成自修复保护膜,磨损表面比较平整光滑,无明显的片层剥落和犁沟,摩擦发生在自修复陶瓷材料之间,摩擦因数增加。硅酸盐添加剂在机械剪切作用下变形,在金属的磨损表面上铺展,并且在摩擦磨损过程中不断向摩擦表面转移,形成了均匀光滑的自修复膜层。自修复膜层隔离了金属摩擦表面的直接接触,摩擦磨损发生在自修复膜层之间,有效地降低了金属的磨损。     

纳米TiN润滑油添加剂的摩擦学性能研究

使用四球摩擦试验机研究纳米TiN作为润滑油添加剂的摩擦学性能, 并利用磨斑测量系统、激光共聚焦显微镜OLS1100和EDS测试分析其磨损特性和自修复性能。实验结果表明：纳米TiN作为润滑油添加剂具有良好的抗磨减摩和自修复性能;在润滑油中加入质量分数为05%的纳米TiN添加剂和10%的PEG 200分散剂,可达到最佳的抗磨减摩效果。在高载荷下,纳米TiN润滑油的自修复比表面抛光的效果更好。     

蒙脱石和坡缕石纳米润滑油添加剂的摩擦学性能

将KH550偶联剂修饰的纳米蒙脱石和纳米坡缕石,分别按质量比3%添加到150N基础油中制备2种纳米润滑油分散体系,用激光粒度分析仪、TEM、IR表征纳米添加剂的分散稳定性,在MMU-10G摩擦磨损试验机上测试2种纳米润滑油对45#钢的减摩抗磨性能,用SEM和EDX等分析摩擦试样表面成分与形貌的变化及影响摩擦学性能的机制。结果表明:纳米蒙脱石平均粒径较小,在150N基础油中分散更稳定;2种纳米润滑油相比纯基础油润滑时的平均摩擦因数和磨损量均明显下降,其中纳米蒙脱石润滑油的抗磨减摩性能最好;2种纳米润滑油润滑时摩擦试样表面分别生成了含蒙脱石和坡缕石特征元素的自修复膜层,其中蒙脱石特征元素含量相对较高,说明纳米蒙脱石摩擦学性能更好。