几种纳米剂在润滑油中的摩擦学性能对比
纳米颗粒添加剂在润滑油中的应用
广 泛 关注 。 已经发 现 的纳 米金 属 、 米氧 化物 、 纳 纳米硫 化 物 、 纳 米 管、 碳 富勒烯 、 刚石 以及 纳米磁 性 颗 粒等 金
都能使润滑油的润滑性能大幅提高。该文综述 了各种纳米颗粒润滑油添加 剂的摩擦 学性能， 究 了它们的 探 润 滑机理 。基 于大量的 实验研 究 结果 比较 了他 们 性 能 的优 劣 ， 出纳 米磁 性 颗粒 作 润 滑 油添加 剂有 其 它材 提 料 不 可比拟 的优 势 ， 出如何提 高添加 剂 的分散 稳 定性 是提 高润 滑油 润滑性 能 的关键 问题 。 指
关键 词 ： 纳米 颗粒 ； 添加 剂 ； 润滑 油 中图分 类号 ：Ｅ ６ Ｔ ３ ６ １ Ｔ ｌ ． 文献 标 志码 ： 文章编 号 ：０ ０４ ５ （０ ２ ０ －０ １０ Ｔ ６ ６； Ｇ ５ ．６； Ｈｌ ７ ２ Ｂ １０ －８ ８ ２ １ ）６０ ０ －５
１ 概 述
米微粒渗透 到材料表 面在表 面使材料 的硬度 大幅提
寸极小且形状类似圆形 ， 可在零件相对运动是产生微 轴 承效 应 ， 滑动 摩擦 为滑 动和滚 动 复合摩 擦 ， 到减 变 起 小摩擦的作用； 最主要 的是纳米微粒能对受损零件表 面进行 自 修复。纳米微粒具有很高的表面能能吸附在 金属表面 ， 形成吸附膜 ， 随着运动的进行温度 的升高纳
性不 佳 引起 的 。提 高纳 米金属 粒子 分散 稳定性 的问题
加 入润 滑油 中能 改善 润 滑 油 的物 理 性 能 ， 降 低 润 滑 如 剂 的凝 点 ， 消除泡 沫 提 高粘 度 ， 改善 粘 温 特 性 等 ， 而 从 提 高零 件 的减膜 和抗 磨 性 ； 一 方 面纳 米 微 粒 由于 尺 另
进行 综述 ， 绍 了常用 的 几类 纳米 润 滑 添加 剂 和 他 们 介 的摩 擦 学性 能 ， 对他 们 的润滑 机理 进行 了探讨 ， 比较 了 它们 的性 能优 劣 。
几种油溶性无机纳米粒子润滑添加剂的减摩性能
（ 勤工 程学 院 油料 应 用 与 管理 工 程 系 ， 庆 ４ ０ １ ） 后 重 Ｏ Ｏ６
摘 要 考 察 了 油 溶性 ＳＯ （ ｉ ） 油 溶 性 纳 米 金 刚 石 （ ｉ Ｓ 剂 、 Ｃ剂 ） 油 溶 性 纳 米 Ｃ （ ｕ ） 、 ｕ Ｃ 剂 ３种 无 机
纳米粒子润滑添加剂的 Ｐ 值 、 。值 及 磨 斑 直 径 随 添 加 量 的 变 化 关 系 ； 察 了点 接 触 及 线 接 触 方 Ｐ 考 式 下 摩 擦 系 数 随 时 问 的 变 化关 系 ； 析 了磨 损 表 面 的 Ｓ Ｍ 形 貌 和 Ｅ 分 Ｅ ＤＸ能 谱 。结 果 表 明 ， 无 机 ３种
室温（ ２ 约 ５℃） 载 荷 ２ ４Ｎ、 间 １０ｍｉ 、 速 、 ９ 时 ２ ｎ 转
用 具有一 定 的参 考价 值 。
２ 实 验 ２ １ 试 验 原 料 ．
和 固体 润滑 的特点 ， 合在 重载 、 适 低速 、 温条件 下 高
工 作 ， 摩擦后 期摩擦 系 数 的降 低 有显 著作 用 。 对
对 这一类 无机 纳米 粒 子 润滑 添 加 剂 的研 究 将 是 对
厂 ） ＨＱ １ 试块材料 为 ４ ； －上 ５号钢 ， 尺寸 为 １ ２ ｍｍ× ６ｍｍ×６ｍｍ， 面粗糙 度 ０ ５ ～Ｏ ７ ｍ， 表 ．１ ．６ 工作 面 硬 度 ＨＲＣ ４ ． ， 试 环 材 料 为 Ｇ ｒ ５ 尺 寸 为 ５０ 下 Ｃ １， ４ ． ９ ２ｍｍ×１． ２７ ｍｍ， 表面粗糙度 ０ ５～０ ７ ｍ， ． １ ．６ 工作 面硬 度 ＨＲＣ ５ ． ～５ ． 。 ８ ５ ９ ０
２ ３ 试 验 方 法 ．
润 滑添加 剂材料 的拓 展 。本 研究 考 察 了 ３种 油 溶
Cu、Ni纳米颗粒及其复配体系润滑油添加剂的摩擦学行为研究
Cu、Ni纳米颗粒及其复配体系润滑油添加剂的摩擦学行为研究摩擦磨损在自然界普遍存在,由此带来的经济与能源损失十分巨大。
传统润滑油添加剂由于本身结构不稳定,在高速摩擦过程中,一方面会产生对环境有害的化学元素（S、P等）;另一方面这些元素在高温高压试验或应用条件下会腐蚀仪器,造成仪器寿命缩减,影响工况。
纳米级润滑油添加剂的发展开始着力解决这类问题。
在众多纳米级润滑油添加剂当中,金属纳米颗粒既具有金属自身的优势,又具有纳米材料的特性,同时满足环境友好型社会的要求,这使得金属纳米颗粒具备了成为新型润滑油添加剂的可能性。
Cu纳米颗粒由于其低的剪切强度、超强的延展性、低熔点、良好的传导性;Ni 纳米颗粒能够高度磨光和抗腐蚀,具有良好的延展性和高的表面活性能。
综上所述两者都具有传统润滑油添加剂不可比拟的优点,从而在摩擦学领域中有着广泛的应用前景。
因此我们主要的研究内容和结果如下:（1）通过自制纳米粉体工业化生产设备,采用宏量制备技术制备的Cu、Ni纳米颗粒具有分散性好、尺寸小、粒度分布均匀、具有核壳结构等优点,符合作为润滑油添加剂的实验要求。
（2）将Cu纳米颗粒作为润滑油添加剂加入到PAO6基础油中,形成润滑油胶体体系。
采用润滑油抗磨损性能测定法（四球法）,确定Cu纳米颗粒最优添加比为0.1wt.%,并阐释金属纳米颗粒作为润滑油添加剂的润滑机理是“微轴承”和沉积膜混合作用机制。
复配效应研究发现Cu纳米颗粒润滑油添加剂与常用相容剂油酸（OA）复配有更好的抗磨减摩效果,而与抗氧抗腐剂二烷基二硫代磷酸盐（ZDDP）的复配效果不佳。
（3）将Ni纳米颗粒作为润滑油添加剂加入到PAO6基础油中,形成润滑油胶体体系。
采用润滑油抗磨损性能测定法（四球法）,确定Ni纳米颗粒最优添加比为0.5wt.%,复配效应研究发现Ni纳米颗粒润滑油添加剂与常用相容剂油酸（OA）复配有更好地抗磨减摩效果,而与抗氧抗腐剂二烷基二硫代磷酸盐（ZDDP）的复配效果较差。
天然和人工合成蛇纹石作为纳米润滑油添加剂的摩擦学性能比较
天然和人工合成蛇纹石作为纳米润滑油添加剂的摩擦学性能比较张宇;严志军;严志宇;韩月【摘要】以滑石和MgO为原料采用水热合成法制得蛇纹石粉体,通过高能球磨得到天然蛇纹石粉体,采用X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对2种粉体成分与形貌进行表征分析.将经表面修饰的2种粉体样品添加到PAO4基础油中,利用MMW-1A万能摩擦磨损试验机测试其摩擦学性能,采用金相显微镜观察磨损表面的形貌并测量磨斑直径,采用能谱仪分析磨损表面的元素组成.结果表明:合成的蛇纹石主要呈纤蛇纹石一维中空纳米管结构,而天然蛇纹石则呈利蛇纹石结构.经修饰后的蛇纹石粉体作为润滑油添加剂可显著减小四球摩擦副的摩擦因数和磨斑直径,这是由于其可通过摩擦化学作用而在磨损表面生成具有良好减磨抗摩性能的自修复层,自修复层中含有Mg、Si、O等元素;人工合成纤蛇纹石在PAO4基础油中的抗磨减摩效果优于天然利蛇纹石.%Serpentine powders were synthesized through hydrothermal reaction with MgO and talc as raw materials,and natural serpentine powder was obtained by high-energy ball mill.The two powders were characterized by X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM).The tribological properties of two powder samples in PAO4 base oil after surface modification were investigated inan MMW-1A Universal friction and wear tester.The morphology of wear surface was observed and the wear scar diameter was measured by metallurgical microscope,and the elemental compositions on steel worn surfaces were analyzed by energy dispersive spectrometry.Results indicate that the synthesized serpentine powders mainly present one-dimensional hollowchrysotile nanotube structures,while natural serpentine is lizardite structure.Modified serpentine powder as lubricanting oil additive can significantly reduce the friction coefficient and wear scar diameter of four ball friction pairs,which is attributed to the formation of a self-repairing layer with good friction reducing and antiwear performance on worn steel surface via tribochemical reaction in the presence of the serpentine powders,and the self-repairing layer contains the elements of Mg,Si and O.The synthesized serpentine shows better friction reducing and antiwear effect in the PAO4 base oil than the natural serpentine.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2018(043)001【总页数】6页(P40-44,49)【关键词】天然蛇纹石;人工合成蛇纹石;润滑油添加剂;摩擦学性能【作者】张宇;严志军;严志宇;韩月【作者单位】大连海事大学轮机工程学院辽宁大连116026;大连海事大学轮机工程学院辽宁大连116026;大连海事大学环境工程学院辽宁大连116026;大连海事大学环境工程学院辽宁大连116026【正文语种】中文【中图分类】TH117.1近年来，将微纳米材料应用于润滑体系中以减少摩擦损耗的研究已经引起了广泛关注[1-8]。
纳米LaF_3在润滑油中的分散稳定性对其摩擦学性能的影响
华 东 理 工 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版) Jou rnal of E ast Ch in a U n ivers ity o f Science an d T echno logy (N atu ral S cience Ed it ion )
Vol . 32 N o. 12 2006212
收稿日期: 2005212228 基 金项目: 国家重大基础 研究前期研 究专项项目 ( 2004 CCA 05400) ; 上海市科研计划项目 ( 0352nm 027) 作者简介: 易书理 ( 19802) , 男, 江西人, 硕士生, 研究方向 为无机固体 纳米润滑材料的制备。
E ffect of D isper s ivity an d Stab il ity of L a F 3 Nan opa r t icles i n L ubr ica t ing O ils on The ir Tr ibolog ica l P r oper t ies
YI S h u 2li , YU G uo 2x ia n , ZH OU X iao 2long , J IN Ya 2 q in g , L I Ch eng 2l ie
b ehav io r s o f L aF 3 n ano p ar ticle s in th e b ase o u r 2ba ll m ach in e , and th e w ea r sca rs
of s teel balls w e re invest igated by scanning elect ron m icro scop y ( SE M ) m orpho logy. R e sult s show that the granu la r L aF 3 nanopar ticles have an average s ize of 9～ 17 nm. In the base oil dispe rsing st ab ility and t ribo log ica l behaviors of L aF 3 nanop art icles in the liquid addit ive a re bet te r than t ha t of the L aF 3 nano 2 par ticle s in pow der. A nd the d ispers ing stability of L aF 3 nanopa rt icle s in the base o il have an im po rtant im pact on their t ribo logical p rope rt ies. Key words: nanopa rt icles; L aF 3; disper sing s tability; tr ibological p rop ert ies
纳米颗粒及其在润滑油脂中的应用
纳米颗粒及其在润滑油脂中的应用纳米颗粒是指具有纳米级尺寸的固体颗粒，其尺寸通常在1到100纳米之间。
由于其小尺寸和特殊性质，纳米颗粒在润滑油脂中有着广泛的应用。
首先，纳米颗粒可以用作润滑油脂的增稠剂。
传统的润滑油脂增稠剂往往会导致黏度增加，从而降低润滑效果。
而纳米颗粒作为增稠剂，则可以在极低的添加量下提高润滑油脂的黏度，保持较低的摩擦系数和较高的润滑性能。
纳米颗粒的小尺寸和表面活性也使其能够有效地分散在润滑油脂中，确保其均匀分布。
其次，纳米颗粒还可以用作润滑油脂的抗磨剂和极压剂。
纳米颗粒具有较大的比表面积和高表面能量，能够在摩擦表面形成一层保护膜，减少金属之间的直接接触和磨损。
此外，纳米颗粒还可以填充金属表面微小的凸起，形成光滑的摩擦表面，降低摩擦系数和磨损。
此外，纳米颗粒还可以用于改善润滑油脂的抗氧化性能和耐高温性能。
纳米颗粒具有高的化学稳定性和热稳定性，可以增强润滑油脂的抗氧化能力，延长其使用寿命。
同时，纳米颗粒的小尺寸和高比表面积也使其能够有效地降低润滑油脂的挥发性和蒸发损失，在高温环境下保持较稳定的性能。
总之，纳米颗粒在润滑油脂中的应用具有诸多优势，包括增稠剂、抗磨剂、极压剂、抗氧化剂和耐高温剂等方面。
随着纳米科技的不断发展和润滑技术的不断改进，纳米颗粒在润滑油脂中的应用前景将更加广阔。
此外，纳米颗粒还可以利用其特殊的表面性质和独特的生物活性，为润滑油脂赋予新的功能。
例如，纳米颗粒可以具有自修复能力，能够填补润滑油脂中的微小裂缝和孔隙，提高其密封性和润滑效果。
纳米颗粒还可以改善润滑油脂的乳化性能，使其能够在水和油之间形成更稳定的乳液，应用于润滑油脂乳化液中。
另外，纳米颗粒还可以通过控制其形状和表面功能化处理，用于润滑油脂中的荧光标记和追踪。
纳米颗粒具有独特的光学性质和信号发射能力，可以作为标记物在润滑油脂中进行追踪和监测。
这为润滑油脂的使用和维护提供了新的手段和方法。
需要注意的是，在纳米颗粒应用于润滑油脂中时，应仔细考虑其对环境的影响和可能的生态风险。
几种纳米粒子润滑脂添加剂的摩擦学性能
应、 量子 尺寸效 应 、 面效应 和宏 观量 子隧道 效应等 特性 ， 而表 现 出一 系列特殊 的物 理化 学性质 ． 表 从 因此
被摩擦学研究者作为一种新型的润滑添加剂． 目前 ， 国内外学者通过对纳米材料摩擦学性能的研究 ， 发 现某些纳米颗粒分散于润滑油后， 可以明显的提高润滑油的抗磨减摩性能 ， 并具有传统润滑油添加剂不 可比拟的优 良性能． 但是 ， 在作为润滑脂添加剂方面的研究还不是很多． 因此笔者采用了几种纳米粒子 作为润滑脂添加剂进行试验研究 ， 并得出了很好的结果． 本文在纳米粒子为添加剂的摩擦学性能研究 的 基础 上 ， 粒度在 ２ ８ ｎ 的纳米 Ｃ ， ｌ Ａ ，Ｍｇ Ｚ Ｏ粒 子按一 定 比例 分别加 入 到基 础脂 中 ， 将 ０～ ０ ｍ ｕ Ａ ， １Ｏ ， Ｏ，ｎ 进
纳米粒子添加剂在润滑油中的摩擦性能研究综述
－Байду номын сангаас
ｔ 一 定 温 度 反 应 Ｈ分 液 亭 Ｈ Ｈ 璧
圈 １ 硼 酸 铜 制取 过 程
２ ） 二 硫化 钨 。利 用高 能球 磨机 先 制备 得 到 前 驱 体 ＷＯ ， 然 后 将 适 量 研磨 均 匀 的 ｓ粉 和 前 驱体 一 块
加入 特 制 的试 管 炉 中 ， 加 热至 一定 温 度并 在反 应过 程 中不 断通 入 Ｈ ， 冷 却后 得到 ＷＳ ： 纳米粒 子 。反应 方
纳 米 粒 子 添 加 剂 在 润 滑 油 中 的 摩 擦性 能研 究综 述
宋真玉 ， 马亚乾 ， 李 南
（ 长安大学 汽车学院， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ６ ４ ）
摘要 ： 研究纳米粒子添加剂的摩擦特性 。介绍单质 、 氧化物 、 金属化合 物等不同纳米粒 子的制备方法 ， 并将 制得 的纳米粒 子以不同体积分数加入润滑油 中 ， 对 比分析不同纳米粒 子对润滑油摩 擦特性的影 响。试验 表明 ： 当润
程式 为
Ｗ Ｏ３＋ ２ Ｓ ＋３Ｈ２＝ Ｗ Ｓ ２＋ ３ Ｈ２ Ｏ．
第２ １ 卷
第 １ 期
山东交通学院学报
Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ Ｌ ＯＦ Ｓ ＨＡ Ｎ Ｄ Ｏ ＮＧ Ｊ Ｉ Ａ Ｏ Ｔ ＯＮ Ｇ Ｕ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ
Ｖ０ ｌ ＿ ２ １ ＮＯ ． １
Ｍａ ｒ ． ２ ０１ ３
２ ０ １ ３年 ３月
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２ — ０ ０ ３ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ １ ． ０ １ ６
第 １ 期
宋真玉等 ： 纳米粒子添加剂在润滑 油中的摩擦性 能研究综述
纳米粒子润滑油的抗磨减摩机理
验条件下 ,纳米 CaCO3 和稀土粒子的最佳添加量为 w CaCO3 ∶w 1 ,w RE = 1 ∶ CaCO3 + RE = 0. 6 % 。纳米 CaCO3 和铜粒 子 的 最 佳 添 加 量 为 w 1, CaCO3 ∶w Cu = 1 ∶
w CaCO 3 +
Cu
= 0. 6 % 。综合以上结果可以看出 : 纳米
中图分类号 : TB383 文献标识码 : A 文章编号 : 100023738 (2007) 1020001203
Mechanism of Anti2 wearing and Friction Reducing of N ano2particles Lubricating Oils
粒子的抗磨减摩效果受加入量和配比两方面因素制 约 ,一方面要有合适的纳米粒子加入量 ,保证有足够 的纳米粒子铺展摩擦表面 ; 另一面 ,直径不同的纳米 粒子要有合理的配比 。大的纳米粒子在摩擦表面起 了 “微滚珠” 的承载作用 ; 小的纳米粒子起了填充凹 孔、 修复表面与分割表面的作用 。大小粒子配合协 同作用才可起到有效的抗磨减摩效果 [ 3 ] 。
(05 FZ31)
作者简介 : 顾彩香 (1964 - ) ,女 ,上海人 ,副教授 ,硕士 。
顾彩香 ,等 : 纳米粒子润滑油的抗磨减摩机理
2 试验结果与分析
2. 1 添加纳米粒子润滑油的摩擦学性能
由表 1 、 表 2 可见 ,在 40CD 润滑油 ( 其 PB 值为 667 N , D 为 0. 54 mm ,μ为 0. 120 2 ) 中同时加入纳 米碳酸钙和纳米稀土和在 500SN 基础油 ( 其 PB 值 为 392 N , D 为 0. 64 mm ,μ为 0. 127 6) 中同时加入 纳米碳酸钙与纳米铜均使摩擦学性能提高 , 这说明 纳米粒子加入后在摩擦表面生成的油膜起到了良好 的抗磨减摩作用 ; 纳米粒子添加剂的抗磨减摩作用 与纳米粒子相对比例及纳米粒子总添加量有关 。试
润滑油纳米铜添加剂在几种不同种类基础油中的摩擦学特性研究
直径／ｍ ｎ
图 ２ 纳 米 铜 的 粒 度 分 析
采用现 代分析 方 法进 行 表征 ， 将待 测样 品分 散于 Ｃ Ｉ溶液 中 ， 移 到喷 碳铜 网上 ， Ｃ ｌ 发 后 ＨＣ３ 转 待 ＨＣ３ 挥
在 ＴＥ 一１０ Ｅ Ｓ型 电 子 显 微 镜 下 观 察 纳 米 铜 Ｍ ２ ０ Ｘ／
润
滑
油
２ ０ 第 ２ 卷 ０ ６年 １
１２ 实验 部分 ．
（） １摩擦 学 性能 表征 由兰州 化 学 物 理 研 究 所 提 供 的 表 面 修 饰 纳 米 Ｃ 作 为 润 滑 油 添 加 剂 ， 济 南 试 验 机 厂 生 产 的 ｕ 在 ＭＲ Ｓ一１Ａ型 和 ＭＲ ０ Ｓ一１ 四球 摩擦 磨 损 试 验 机 Ｊ型 上分别 进行 极 压 性 和 抗 磨 性 实 验 。采 用 点 接 触 形 式 ， 大 无 卡 咬 负 荷 ＰＢ和 烧 结 负 荷 ＰＤ按 照 国标 最
由于该类 添加 剂越 来越 引起 国内外许 多科 研 机 构 和学 者 的广泛 重 视 ， 此对 它 的一 些 研 究 也 陆续 因 展 开 ， 文 主要考 察 了润 滑 油纳 米 铜 添 加 剂 在 几种 本 不 同类 型基 础油 中的摩擦 学特 性 。
１ 实验 １ １ 基础 油及 添加 剂 ．
剂分别在 ３种类型基础油 中钢球磨斑 表面膜 的铜含量进 行 了对 比分析 ， 发现纳米 铜添加剂 的摩擦学性 能与单 质 铜在摩擦表面 的沉 积量有较 大关 系。 关键词 ： 纳米铜 ；基础 油 ； 种类 ； 擦 摩
中 图分 类 号 ： Ｅ ２ ２ Ｔ ６ ４ ８ 文献标识码 ： Ａ
（ ｒ １ ５ ３—９ ／ ２ ８ ０进 行 测 试 。长 时 抗 磨 损 实验 按 照
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烃分子纳米剂 ( 质量分数) / %
0 1. 00 2. 00 3. 00 4. 00 5. 00 6. 00
根据表 1 的试 验安排, 配制出 7 组共 21 个试 样, 在恒温 80 下, 充分搅拌 30 min, 静置 24 h 后 进行试验。
2 试验结果与分析
2. 1 纳米添加剂的摩擦学性能 利用四球摩擦磨损试验机, 通过测定磨痕直径
( 1. Scho ol of A utomobile, Chang an U niv er sity , Xi an 710064, Shaanx i, China; 2. Shaanx i T iande P ow er saving T echno log y Co L td, X i an 710021, Shaanx i, China; 3. Scho ol of A utomobile Eng ineering , Xijing U niversity, Xi an 710123, Shaanx i, China)
Abstract: In order t o resear ch nano addit ives t ribolog ical perfo rmance in lubricat ing oil, t he t ri bolo gical perf ormance o f nano hy dro carbon, nano f luorine car bon and nano diamond as addit iv es of lubr icating o il w ere studied by apply ing fo ur ball test er. T he scanning elect ron m icroscope w as used t o analy ze t he m orpho logy of w ear surf ace. T he result sho w s t hat nano hydrocar bon con t ains m ore ex cellent antiw ear charact erist ics, nano f luo rine has m ore excellent anti ex t reme pr es sur e capacity . Diff er ent nano addit ives ex t reme pressure and w ear resist ance capacit y in lubrica t ing oil has significant diff er ence. 1 tab, 6 f igs, 10 ref s. Key words: aut om obile engineering; nano addit ive; lubricat ing oil; t ribo logical perf orm ance
图 3 润滑油的摩擦 表面形貌
图 4 润滑油中添加米剂的摩擦表面形貌
图 6 润滑油中添加烃分子 纳米剂的摩擦表面形貌
由图 3~ 图 6 可看出: 润滑油中添加氟 碳纳米
剂和未添加任何纳米剂时润滑油的钢球表面出现了
粘着和微裂纹迹象。这是由于, 摩擦点的温度随着 摩擦时间而升高, 油膜强度降低, 实际接触点处于边
为了分析纳米剂的抗摩减磨机理, 对表 1 中第 5 组试样长磨后的钢球, 通过扫描电子显微镜拍片 分析。扫描电子显微镜所拍照片( 600 倍) , 润滑油 的摩擦表面形貌如图 3 所示; 润滑油中添加金刚石 纳米剂的摩擦表面形貌如图 4 所示; 润滑油中添加 氟碳纳米剂的摩擦表面形貌如图 5 所示; 润滑油中 添加烃分子纳米剂的摩擦表面形貌如图 6 所示。
剂、氟碳纳米剂和金刚石纳米剂作为润滑油极压抗磨剂的摩擦学性能; 并用扫描电子显微镜分析了
磨痕表面的形貌。结果表明: 烃分子纳米剂具有更好的抗磨损性能, 氟碳纳米剂具有更好的抗极压
性能; 不同的纳米剂在润滑油中的极压抗磨性能差异较大。
关键词: 汽车工程; 纳米剂; 润滑油; 摩擦学性能
中图分类号: U 473. 6
界润滑状态, 出现了粘着磨损, 从而产生裂纹; 添加 金刚石纳米剂的润滑油的钢球表面有粘着、微裂纹
和犁沟迹象, 从磨痕的形貌来分析, 这是由磨粒磨损
造成的; 添加烃分子纳米剂的润滑油, 钢球表面有沟
槽, 其沟槽表面光滑, 这是由于 摩擦表面擦伤 而引
起的。 从上面的磨痕直径、P B 值和磨痕表面形貌分析
利用 M S 800 四球摩擦磨损试验机, 根据 润滑 剂承载能力测定法( 四球法) , 分别研究了 3 种商品 纳米剂在不同添加量时的摩擦学性能, 测量了最大 无卡咬负荷( P B ) 和磨痕直径。磨痕直径试 验条件 为: 转速 1 450 r/ min, 时间 30 min, 载荷 392 N, 室 温 23 。磨痕直径为油盒中 3 个钢球磨痕直径的 平均值。
和最大无卡咬负荷( PB ) 考察其摩擦性能。3 种纳米
剂分别在润滑油中不同添加量时的磨痕直径如图 1 所示; P B 值如图 2 所示。
图 1 3 种纳米剂分别在润滑油中不同添加量时的磨痕直径
图 2 3 种纳米剂分别在润滑油中不同添加量时的 P B 值
从图 1、图 2 可以看出, 随着氟 碳纳米剂、金刚 石纳米剂和烃分子纳米剂添加量的增大, 润滑油的 磨痕直径均有降低, P B 值均有提高, 即润滑油的极 压抗磨性能提高, 但 3 种纳米剂对增强润滑油的极 压抗磨性能的差异较大。
本文选择了目前广泛应用的 3 种商品纳米剂, 即烃分子纳米剂、氟碳纳米剂和金刚石纳米剂, 分别 作为润滑油极压抗磨添加剂, 研究了其摩擦学性能; 利用高倍扫描电子显微镜( SEM ) 观察了磨痕表面 的形貌; 并对烃分子纳米剂、氟碳纳米剂和金刚石纳
收稿日期: 2010 03 15 作者简介: 杨俊儒( 1953 ) , 男, 陕西商州人, 工程师, E mail: yjrqcxy@ 126. com。
随着金刚石纳米剂添加量的增大, 磨痕直径先 减小后增大; PB 值逐渐增大, 在 3 种纳米剂中增加 幅度最小; 总体看来, 金刚石纳米剂的极压抗磨性能 不好。这是由于, 纳米剂的金刚石呈球形微粒, 在润 滑油中形成滚珠轴承悬浮结构, 在摩擦副表面形成 滚珠轴承结构膜, 将原来的滑动摩擦变为滚动摩擦, 从而降低了摩擦磨损; 当添加量再增大时, 磨痕直径 增大, 可能是由于金刚石纳米剂添加量增大后, 增加
随着烃分子纳米剂添加量的增大, 磨痕直径降 低显著, 在 3 种纳米剂中降低幅度最大; PB 值先增 大后趋于稳定, 但随添加量的再增大, 又有所增大; 总体看来, 烃分子纳米剂的抗磨性能较好, 但其油膜 的极压性能较差。这是由于, 烃分子纳米剂是由矿 物油通过断链等手段制备而成的单分子物质, 这些 单分子物质尺寸小, 具有较强的极性, 可直接吸附到 摩擦表面的凹坑和缝隙中, 形成一层纳米保护膜, 从 而降低了摩擦, 减少了磨损。
表 1 3 种纳米剂分别在润滑油中的添加量与试样编组的关系
纳米剂
试样 试样 试样 试样 试样 试样 试样 1组 2组 3组 4组 5组 6组 7组
氟碳纳米剂 ( 质量分数) / %
0 0. 10 0. 25 0. 40 0. 55 0. 70 0. 80
金刚石纳米剂 ( 质量分数) / %
0 0. 04 0. 08 0. 12 0. 16 0. 20 0. 24
第 31 卷 第 1 期 2011 年 1 月
长安大学学报( 自然科学版)
Journal of Chang an Universit y( Nat ural Science Edit ion)
Vol. 31 No. 1 Jan. 2011
文章编号: 1671 8879( 2011) 01 0095 03
利用 JSM 5800 扫描电子显微镜对磨痕表面进 行了观察, 探讨了添加不同纳米剂的润滑油的摩擦 磨损机理。
1. 3 试验设计 试样编成 7 个组, 依据 3 种商品纳米剂的生产
厂家提供的最佳添加量范围, 每组试样分别在润滑 油中添加不同种类以及不同质量分数( 随组号数字 的增大, 添加量也增大) 的纳米剂。3 种纳米剂分别 在润滑油中的添加量( 质量分数) 与编组的对应关系 见表 1。
可以得出, 添加纳米剂的润滑油, 其极压抗磨性能明 显优于未添加纳米剂的润滑油; 不同纳米剂因其降 低摩擦、减少磨损的机理不同, 其效果差异较大。通 过对比试验表明, 添加烃分子纳米剂的润滑油具有 更好的抗磨损能力; 添加氟碳纳米剂的润滑油具有 更好的极压性能。
3结语
( 1) 添加烃分子纳米剂的润滑油抗磨性能最优; 添加氟碳纳米剂的润滑油极压性能最优; 添加纳米 金刚石的润滑油极压抗磨性能相对较差。
文献标志码: A
Comparative research on nano additives tribological performance in lubricating oil
Y A N G Jun r u1 , Y IN X ing lin2 , WA N G Wen3 , WA N G T ing1
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