润滑油中的纳米材料
纳米润滑脂添加剂的现状及发展
纳米润滑脂添加剂的现状及发展【摘要】纳米润滑脂添加剂是近年来润滑技术领域的一项重要研究热点。
本文旨在探讨纳米润滑脂添加剂的定义、特点以及市场现状。
纳米润滑脂添加剂具有粒径小、润滑性能好和抗磨损等特点，已广泛应用于汽车制造、机械加工等领域。
在研发方面，纳米润滑脂添加剂的技术不断创新，性能优势逐渐显现。
未来，纳米润滑脂添加剂的发展趋势将更趋多元化，市场前景也将不断拓展。
随着科技的不断进步和需求的不断增长，纳米润滑脂添加剂必将在未来取得更为广阔的发展空间，对于推动整个润滑技术行业的发展起到重要作用。
【关键词】纳米润滑脂，添加剂，市场现状，应用领域，研发进展，性能优势，未来发展趋势，市场前景1. 引言1.1 纳米润滑脂添加剂的现状及发展纳米润滑脂添加剂是近年来润滑领域的一项重要技术创新，其应用范围日益扩大，对提高机械设备运行效率和延长使用寿命起着至关重要的作用。
本文将对纳米润滑脂添加剂的现状及发展进行深入探讨，旨在为读者提供全面了解这一领域的知识。
在当今工业领域，纳米润滑脂添加剂以其独特的功能和优势吸引着越来越多的关注。
本文将首先介绍纳米润滑脂的定义与特点，深入探讨其微观结构和性质。
接着，我们将分析纳米润滑脂添加剂在市场上的现状，总结其应用领域和市场需求。
随后，我们将着重介绍纳米润滑脂添加剂在不同行业中的广泛应用，探讨其在汽车、航空航天、机械制造等领域的研究进展和应用情况。
我们将关注纳米润滑脂添加剂的性能优势，比较其与传统润滑脂的差异和优势所在。
本文将展望纳米润滑脂添加剂的未来发展趋势，探讨其潜在的市场前景和商业机会。
通过本文的介绍，读者将能够更好地了解纳米润滑脂添加剂的现状及发展，为相关领域的研究和应用提供参考与指导。
2. 正文2.1 纳米润滑脂的定义与特点纳米润滑脂是一种采用纳米技术制备的润滑剂，具有微观尺度下的特殊性质和优势。
其主要特点包括以下几个方面：1. 纳米尺度效应：纳米润滑脂具有较大的比表面积和边界面积，因此在摩擦表面形成的纳米尺度薄膜能更有效地减少摩擦和磨损，提高润滑效果。
碳纳米材料在润滑油脂中的应用开发
2020年12月Dec.2020润滑油LUBRICATING OIL第35卷第6期V ol.35,N o.6D O I：10.19532/j. cnki. cn21 -1265/tq. 2020.06.009 文章编号:1002-3119(2020)06-0043-09碳纳米材料在润滑油脂中的应用开发彭春明，张玉娟，张晟卯，杨广彬，宋宁宁,张平余(河南大学纳米材料T程研究中心，河南开封475001 )摘要:纳米材料因在润滑油脂中展现出优越的摩擦学性能引起人们极大的兴趣。
碳纳米材料因其多样且独特的形态和微观结 构，具有物理化学性能独特、热稳定性强和剪切强度低等特点，作为润滑油脂添加剂在高温、长效、环保要求高的润滑环境中具 有不可替代的优势。
文章从碳纳米材料的结构、表面改性、与其他润滑材料复合等方面综述了碳纳米材料作为添加剂在润滑 油脂领域中的性能和机制研究及其应用开发。
关键词:碳纳米材料;添加剂;综述中图分类号:TE624.82 文献标识码:AApplication and Development of Carbon Nanomaterials in Lubricating Oil and GreasePENG Chun - ming, ZHANG Yu - juan, ZHANG Sheng - mao, YANG Guang - bin,SONG Ning-ning，ZHANG Ping-yu(Engineering Research Center for Nanomaterials of He^nan University, Kaifeng 475001, China)Abstract ：Nanomaterials are of great interest because of their excellent tribological properties in lubricating oil and grease. Carbon nanomaterials have unique physical and chemical properties, strong thermal stability and low shear strength due to their diverse and unique morphology and microstructure. As lubricant additives, they have irreplaceable advantages in high temperature, long - term and high environmental protection requirements. In this paper, the properties, mechanism and application of carbon nanomaterials as additives in the field of lubricating oil and grease are reviewed from the aspects of structure, surface modification and composite with other lubricating materials.Key words：carbon nanomaterials；additive；review〇引言摩擦磨损是机械运转过程中能量和材料损耗的 主要原因。
纳米SiO2作为润滑油添加剂性能及机理研究进展
数及磨斑直径 随纳米粒子质 量分数 的变化 曲线 如
图 １ 示。 所
中， 并加 入稳 定分 散剂 ， 察其 摩 擦学 性能 。 考 霍 玉 秋 等 ［ 以 正 硅 酸 乙酯 为 原 料 制 备 了直 径 ８ ］ 为 ６ ｍ 单 分 散球 形 纳 米 Ｓ０２ ０ｎ ｉ 。在 ５ ０ Ｎ 基 础 油 ０Ｓ
收稿 日期 ：０ ６ ７ ０ ２０ ～０ —２ 。 作者简介 ： 李春风（９９ ， ，０ ３ １ ７ 一）男 ２０ 年毕业于解放军后勤工程学院， 在读博士生 ， 主要从事石油产品添加剂开发应用及其理论研究工作。
纳 米 ＳＯ２ 为润 滑 油 添 加 剂 性 能 ｉ 作
及 机 理 研 究 进 展
李 春风 罗新 民 肖绍峰２ ， ，
（ ． 勤５ 程学 院油料应用与管理工程 系 ， １后 １ ２ 重庆 ４ ０ １ ； ．５ ４ 队 ， ｊ 铁岭 １２ ０ ） ０ ０ ６ ２ ６ １２部 ： １ ６９ 摘要 ： 纳米 Ｓ０ 用作润滑油添加剂 的研 究尚处于起步阶段 ， 从研究结果看 出， ｉ２ 但 它具有优 良的摩擦学性 能。文章 总结 了其作为润 滑油添加剂 的研究现状 ， 并对其作用机理进行 了探 讨 ， 最后 指出其发 展趋势 ， 即纳米 Ｓ 粒 子 的 ｉ 制备和表面修饰“ 一体化” 研究高 聚物 ～纳米 Ｓ 杂化 粒子 以及纳 米 Ｓ０ 在 环境 友好型基 础油 中的摩擦 学性 ， ｉ ０２ ｉ２ 能及其摩擦学机理 的研 究。
面开展 研究 。 （ ） 用 未 改 性 的纳 米 Ｓ０ １利 ｉ２直 接 加 入 润 滑 剂
直接参与制 备成锂 值从 ４ １Ｎ增加到 ６ ８Ｎ， Ｄ从 ０５ ｍ降 Ｒ ３ １ ＷＳ ．７ｍ
到 ０ ４ ．７ｍｍ。纳 米 Ｓ ； 子 的加 入 对 润 滑脂 的滴 ｉ！ ０ 粒 点 和工 作针 入度 没 有不 良影 响 。 王德 国… Ｊ 用 平 均 粒 径 分 别 为 １ ｉ 采 ０ｎｎ和 １ ５ ｎｎ的微孔 和球 形 非 晶 Ｓ０２ 米 粒 子 ， 一 定 比例 ｌ ＂ ｉ 纳 按 加到 长城 润 滑 油 公 司 提 供 的 ２号 锂 基 脂 中。 当 含 ４０ ．％微 孔 Ｓ０２时 ， ｉ ＰＢ值 从 ３０Ｎ 增 加 到 ８４Ｎ， １ ０ ＷＳ 从 １６ （ 效 ） 到 ０ ５８ ｍｍ； 含 Ｄ ．９ｍｍ 失 降 ． ２ 当 ４０ ．％球 形 Ｓ 时 ， ｉ ＰＢ值 从 ３０Ｎ 增 加 到 ７４Ｎ， １ ６ ＷＳ 从 １６ Ｄ ．９ｍｍ（ 效 ） 到 ０ ５３１１。摩 擦 系 失 降 ．５ ＩＩ ＴＴ
按照用途可分为纳米润滑剂
按照用途可分为纳米润滑剂
纳米润滑剂是一种具有纳米尺度颗粒的润滑剂，通过在摩擦表面产生一层润滑膜，减少摩擦和磨损。
根据其用途，可以分为以下几类纳米润滑剂。
1. 机械设备润滑剂：纳米润滑剂可以应用于各种机械设备的摩擦部位，如轴承、齿轮、滚珠等。
纳米颗粒可以填充摩擦表面微小的凹陷，形成一层润滑膜，减少摩擦损耗和磨损。
纳米润滑剂还可以降低噪声和振动，提高机械设备的运行效率和使用寿命。
2. 汽车润滑剂：纳米润滑剂在汽车润滑油中的应用已经成为一个研究热点。
纳米润滑颗粒可以填充引擎内部摩擦表面的微小凹陷，形成一层保护膜，减少摩擦损耗和磨损。
纳米润滑剂还可以提高发动机的燃油经济性，降低尾气排放。
3. 电气设备润滑剂：电气设备的工作频率越来越高，摩擦和磨损也越来越严重。
纳米润滑剂可以在电气设备的接触表面形成一层纳米润滑膜，减少摩擦和磨损，降低能量消耗，并提高设备的可靠性和使用寿命。
4. 润滑脂：纳米润滑剂也可以应用于润滑脂中，形成具有纳米结构的润滑膜，提高润滑脂的润滑性能。
纳米润滑剂可以填充润滑脂中的微孔和微孔洞，减少摩擦损耗和磨损，并提高润滑脂的使用寿命。
5. 金属加工液：纳米润滑剂可以添加到金属加工液中，形成纳米颗粒在金属表
面形成一层润滑膜，减少金属加工过程中的摩擦和磨损。
纳米润滑剂还可以提高金属表面的加工质量和加工速度。
总之，纳米润滑剂具有广泛的应用前景。
通过在摩擦表面形成一层纳米润滑膜，它可以减少摩擦损耗和磨损，提高机械设备、汽车、电气设备、润滑脂和金属加工液的使用性能和寿命。
随着纳米技术的不断进步和应用的推广，纳米润滑剂将在各个领域得到更广泛的应用。
纳米二硫化钼作为润滑油添加剂的润滑机理
MoS2晶体属于六方晶系，为典型三明治结构的层状化合物，每个平面层为S-Mo-S的结构，层内Mo和S以共价键结合为三方柱面体结构，层间以微弱的范德华力维系，因此，层状的MoS2容易受外界环境的影响破坏层与层之间的堆垛结构，并形成较为稳定的薄层，当MoS2用作润滑剂时，层状MoS2会转移到金属表面，缓和摩擦和磨损，这一性质使其在摩擦润滑领域有很好的应用，20世纪50年代，普通MoS2就作为固体润滑剂得到了广泛应用。
纳米材料是指至少有一维尺寸为纳米级别的材料，而当材料的尺寸缩小至纳米级别时，会凸显处诸如小尺寸效应、界面效应、量子隧道效应等性能特点。
研究表明，一些纳米尺度的固体粒子加入到润滑油中，可以明显提升润滑油的性能，展现出许多优于传统添加剂的特点。
近年来，将纳米MoS2用作润滑油添加剂得到了广泛关注，本文主要介绍纳米MoS2作为润滑油添加剂的润滑机理。
润滑机理1物理吸附/沉积作用学者们普遍认为，典型的MoS2晶体为层状结构，层与层之间以范德华力连接，在摩擦产生的剪切应力下层状结构剥离，并吸附到摩擦表面，这一过程对抗磨减摩有显著作用，如图1所示摩擦过程中纳米MoS2的层状剥离Wu等研究了纯MoS2和硼酸锌/MoS2纳米复合材料的摩擦学性能，研究发现当使用纯纳米MoS2作为添加剂时，有缺陷的MoS2纳米片和部分氧化的MoS2纳米片会导致润滑不良，在润滑油中加入硼酸锌/MoS2纳米复合材料时，具有极压性能的硼酸锌纳米颗粒能有效地填充MoS2纳米片的表面缺陷，并连续提供保护膜，以进一步降低摩擦系数，提高承载能力。
还有学者指出，纳米MoS2可以填充摩擦表面的微裂纹区域，对磨损位置起到了修复作用化学吸附/反应膜纳米MoS2扩散能力强、表面能高、颗粒表面缺陷结构多，容易参加摩擦化学反应。
有学者报道，在钢制摩擦副中纳米MoS2可以生成含FeS、FeSO4等产物的化学反应膜，反应膜的形成减少了摩擦基体的直接接触，降低了摩擦磨损，图2展示了纳米MoS2参加摩擦化学反应的一种典型方式。
纳米材料在化工行业中的应用分析
纳米材料在化工行业中的应用分析1. 引言纳米技术是指在尺寸小于 100 纳米的范围内开展相关活动的一个学科领域。
纳米粒子具有极高的比表面积和特殊的物理、化学性质，因此在化学工业中具有广泛的应用前景。
本文主要探讨纳米材料在化工行业中的应用分析。
2. 纳米材料的概念与分类纳米材料是指至少有一维度小于 100 纳米的材料。
根据不同的制备方法和化学性质，纳米材料可分为无机纳米材料、有机纳米材料和生物纳米材料。
无机纳米材料的主要代表有金属、氧化物、炭黑等；有机纳米材料的主要代表有聚合物、碳纳米管等；生物纳米材料的主要代表有蛋白质、核酸等。
3. 纳米材料在化工行业中的应用3.1 煤化工纳米材料在煤化工领域中的应用主要表现在以下两个方面：•煤基纳米材料的制备：以煤为原料制备出纳米材料，可用于制备纳米金属催化剂、吸附材料等。
•纳米材料在煤的加工中的应用：将纳米材料加入到煤的加工中，可有效提高煤炭的转化率，减少污染物的排放。
3.2 催化剂纳米材料在制备催化剂方面具有得天独厚的优势。
由于纳米材料具有极高的比表面积和特殊的物理、化学性质，可使催化剂的活性大大提高。
常见的纳米材料催化剂包括纳米金属、纳米氧化物和纳米碳材料等。
3.3 其他应用纳米材料还可以被应用在化学反应中的催化剂、分离、吸附、催化燃烧、传感器、涂料和润滑油等领域。
值得一提的是，在涂料领域中，纳米材料的应用可实现防腐、增加涂层硬度等效果。
4. 纳米材料在化工行业中的挑战纳米材料在化工行业中面临很多挑战，主要有以下几点：1.如何精确地控制纳米材料的大小、形状、表面性质和分散性等方面的特征；2.纳米材料的聚集作用，有可能使纳米材料的比表面积急剧减小，从而影响其性能；3.纳米材料的毒性和环境安全问题。
5. 结论纳米材料在化工行业中的应用前景广阔，但也面临着不少挑战。
未来需要通过创新技术和安全环保的制备方法，进一步拓展其应用领域，实现从量产到高质量、高效率和大规模生产的转变。
纳米铜在润滑油方面的应用
纳米铜的主要用途：
一、催化剂：纳米铜可以在石油化工中用作催化剂，研究表明，粒径大小 对铜粒子的催化活性影响较大，粒径越小，产物收率越高。 二、导电胶材料：其强度高且价格相较于其他贵金属低廉很多，在电子行 业中可代替其他金属采用铜银双金属粉末来制造导电胶、导电浆料、和电 极材料等。 三、高级润滑脂添加剂：这是目前最成功的应用之一。铜纳米微粒在摩擦 过程形成的电场作用下，通过电泳运动在摩擦表面沉积，形成致密的保护 膜，而表现出良好的抗磨减摩性能。同时在高载荷及高速下，纳米铜的添 加有效地提高发动机润滑油的抗磨性能，使发动机内易损件的适用寿命延 长。
添加不同纳米粉末添加剂润滑剂的性能对比
Hale Waihona Puke 固体润滑剂pv因子（压力速度因子 ）/kN.(m .s )-1
最大负荷 /kN.m -2
最大速率 /m .s -1
摩擦系数
石墨
700
1400
0.50
0.10~0.20
MoS2 PTFE 纳米金属粉末
3500 500 4000
17500
0.20
2500
0.02
>35000 0.15
纳米铜颗粒添加到润滑油中因其粒度小表面能高颗粒之间存在吸引力自动聚集的倾向很大易发生团聚这种团聚即使在润滑油中被强行分散颗纳米铜颗粒添加到润滑油中因其粒度小表面能高颗粒之间存在吸引力自动聚集的倾向很大易发生团聚这种团聚即使在润滑油中被强行分散颗粒之间也会在相互碰撞时再次团聚从纳米铜颗粒在润滑油中分散稳定性研究粒之间也会在相互碰撞时再次团聚从而发生聚沉
改 善 方
法
在水相或者醇水相中加入有机试剂。 再通过沉淀反应或者水解反应生成纳 米颗粒时，有机修饰剂通过键合或者 吸附作用镶嵌在纳米颗粒表面，得到 表面修饰的纳米颗粒，通过有机修饰 剂的亲油性，提高纳米颗粒的油溶性， 防止团聚和阻止纳米铜颗粒的氧化。 目前采用的有机修饰剂主要有油酸、 DDP、含氮的有机物等。
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
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文章编号:1002-3119(2002)03-0019-03润滑油中的纳米材料王月霞,苗望春(河南洛阳石油化工工程公司炼制所,河南洛阳471003)摘要:介绍纳米材料的制备、微观结构和特性,叙述纳米材料作为新型润滑油添加剂的可能性,探讨纳米材料产生润滑的机理,认为纳米材料的润滑作用主要是在摩擦表面起 滚珠轴承 、 薄膜润滑 和 第三体 的作用。
关键词:纳米材料;润滑油;应用中图分类号:T E624.82 文献标识码:A1 前言润滑油的润滑性和抗磨性是润滑油质量的重要标志,润滑油的润滑过程是一个复杂的过程。
润滑油作用是防止接触件在相互运动时发生表面粗糙微突体的接触,它吸附在运动体表面形成一层液膜,阻隔摩擦表面粗糙微突体的接触。
由于摩擦面运动时或环境因素变化(温度、压力等)对液体的物理性质影响较大,难以在摩擦表面长久维持液膜的承载压力,从而使粗糙表面微突体接触,摩擦面的摩擦系数增加,使金属表面产生磨损。
为了弥补液体润滑油的缺欠,通常采用添加润滑剂的方法提高润滑油的润滑性能和抗磨性能。
如添加多种有机或者无机混合物、液态或者固态的添加剂,添加剂通过物理或化学吸附或者化学反应形成一层液膜,提高液膜的承载能力,降低摩擦面的摩擦系数。
润滑油添加剂虽能改善摩擦,但也产生一些副作用,如由于化合物性能不稳定,在使用过程中遇水生成酸,腐蚀摩擦表面;环境和条件超出化合物的允许范围,化合物可能产生化学变化形成对润滑不利的物质,破坏润滑。
纳米物质由于量子尺寸效应和表面效应,在摩擦表面以纳米颗粒或者纳米膜的形式存在具有良好的润滑性能和减磨性能,在润滑油中添加纳米材料制成的润滑剂可显著提高其润滑性能和承载能力,减少添加剂的用量,提高产品的质量,特别适用于苛刻条件下的润滑场合。
2 纳米材料2.1 制备方法(1)物理法:是将较粗的物质利用低温、超声波、水锤、高能球、冲击波粉碎法进行破碎,或者采用沉积法及晶化法等方法,制成纳米颗粒,近几年开发的新物理方法,如利用光刻或者激光刻方法制成纳米元件等。
(2)化学法:化学法是通过适当的化学反应,从分子、原子出发制备纳米材料的方法。
分为气、液、固相反应法。
气相反应法:是一种常用的方法,利用两种或者多种气体或蒸汽相互反应,控制浓度、温度和混合速度,可制得固体颗粒的纳米物质。
气相沉积法可将纳米物质制成纳米晶粒和薄膜。
通过改变沉积速度控制纳米物质状态(颗粒或者薄膜)。
液相反应法:常见的是在溶液中不同的分子或者离子进行反应,产生固体颗粒。
控制反应物浓度、反应温度和搅拌速度,可得到不同尺寸的纳米级固体产物。
液相反应法有水解反应、水热反应和还原反应,根据不同的需要采用相应的制备方法制备纳米物质。
固相反应法:固相反应方法应用的比较少,但近年来倍受重视,利用金属盐的热分解制备纳米颗粒和利用金属有机化合物的热分解制备纳米金属颗粒,近几年又发现,金属有机化合物在超声波的作用下,可分解出纳米金属颗粒。
2.2 纳米材料的结构和特性纳米材料与宏观三维常规材料相比,是一维材料,在三个方向上的尺寸为1~100nm。
由于纳米收稿日期:2002-03-01。
作者简介:王月霞(1960-),女,高级工程师,1983年毕业于抚顺石油学院,从事加氢工艺研究和技术工作,已公开发表论文多篇。
2002年6月Jun.2002 润 滑 油L ubricating Oil第17卷第3期Vol.17,N o.3材料的表面原子数与总原子数之比是随尺寸变小而增大的,表面原子晶场环境与结合能和内部原子不同,表面原子周围缺少电子,因此具有很多空键,使其具有不饱和性,产生 表面效应 ;当材料的尺寸与电子传导的波长接近或更小时,周期性的边界条件被破坏,材料的磁性、光吸附性、热阻等性质发生巨大变化,即产生所谓的 体积效应 ;材料的尺寸小到一定值时,会产生 量子尺寸效应 。
纳米材料具有上述独特的结构特点,使其产生了高扩散性、熔点低、硬度高、易烧结、催化反应活性高等特性而得到广泛应用,而将以上纳米材料应用于制备润滑材料时,不仅可以在摩擦表面形成降低摩擦系数的薄膜,而且可以修复破损的摩擦表面。
3 在润滑油添加剂方面的应用3.1 利用纳米材料改进摩擦性能润滑油添加剂能赋予或者提高基础油的使用性能,性能良好的添加剂是高档润滑油不可缺少的一部分。
纳米材料由于粒晶极细,处于晶界和晶粒内缺陷中心的原子及其本身具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应及宏观量子隧道效应等,使纳米材料在润滑与摩擦学方面具有特殊的降摩减磨和高负荷能力。
王立光等[1]研究了纳米氢氧化镍对油品抗摩性、最大无卡咬负荷及摩擦系数的影响,结果表明:在500SN的基础油中加入一定量的30~80 nm的氢氧化镍和分散剂,可有效提高油的抗磨和极压承载能力,显著降低摩擦系数。
表1为添加添加剂前后油品磨斑直径比较。
相同条件下加入纳米添加剂的润滑油磨斑直径明显小于基础油。
研究认为吸附有分散剂的纳米氢氧化镍沉积在摩擦表面,在摩擦剪切力的作用下形成具有抗磨减摩性能的膜,从而提高抗磨性。
胡泽善[2]研究了SnO的抗磨减摩性能,与王立光等的观点一致,表2是SnO纳米对磨斑直径的影响。
叶毅等[3]利用CO2超临界干燥法制备10~70nm的硼酸镧粒子,添加到润滑油中可显著提高其抗磨性,原因是硼酸镧粒子在摩擦表面形成物理沉积膜和化学反应膜。
纳米级的金属粉(如锡、铜、银等)添加到润滑油中可提高其极压性能。
纳米材料作为润滑油的添加剂也存在一些不利因素,如由于纳米材料极细的晶粒导致颗粒具有巨大的表面能、颗粒间的吸引力、颗粒间自动集聚力,使颗粒形成块状体,在润滑油中沉淀下来,失去添加剂的功能。
王九等[4]研究了纳米材料在润滑油中的分散性和稳定性,认为选择适宜的分散剂和稳定剂与纳米添加剂进行匹配,或者研制新的分散剂和稳定剂,解决润滑油中纳米材料在苛刻工况下的稳定性。
表1 磨斑直径比较润滑油负载/N摩擦时间/m i n磨斑直径/mm 基础油245100.4429430*0.69基础油添加分散剂245100.4329530*0.71基础油加入纳米添加剂245100.3429530*0.60注:*在245N摩擦10min后,在294N摩擦30min,表2同。
表2 纳米SnO对磨斑直径的影响润滑油负载/N摩擦时间/m i n磨斑直径/mm 基础油245100.4429430*0.69基础油加入纳米SnO245100.4029530*0.57张治军[5]等针对纳米金属氢氧化物或者金属氧化物在有机介质中分散性差,易于团聚的问题,利用C2~C20脂肪酸对其进行修饰,使纳米颗粒表面形成稳定的化学修饰层,这种修饰作用可控制纳米颗粒的团聚,是使其均匀的分散在润滑油中。
张泽抚[6]利用含氮有机物修饰纳米氟化稀土,克服了由于稀土氟化物在润滑油中分散性差,在适用中受到限制的缺陷,提高了润滑油的极压性和抗磨性。
纳米氟化镧与抗磨剂在液体石蜡中的抗磨性对比结果见表3。
表3 纳米氟化镧的抗磨性添加剂浓度/%P B值/N磨斑直径/mm 液体石蜡1003720.720.56860.44氟化镧 1.07350.422.07640.4437640.62 ZDDP17840.50薛群基[7]等利用含硫有机化合物修饰硫金属化合物和二硫金属化合物,制成纳米微粉,该物质在有机溶剂和润滑油中具有良好的分散性,解决了纳米颗粒在润滑油中聚结、分散性差的问题,使润滑油具有良好的抗磨性及承载能力。
纳米材料在润滑油中减摩抗磨机理是边界润滑20润 滑 油 2002年第17卷理论中的 鹅卵石 模型,认为纳米粒子在摩擦表面起支承负荷的 滚珠轴承 作用,即认为纳米粒子的尺寸很小可以看作近似球型,在摩擦副间像鹅卵石一样,起支承负荷的 滚珠轴承 作用而提高润滑油膜的抗磨性。
纳米材料在润滑油中的抗磨作用,有人通过摩擦副的微观表面分析认为:纳米粒子作为润滑油的添加剂在摩擦副凸凹表面起填充作用和表面的摩擦化学反应使其形成了稳定的 第三体 ,它的稳定性优于传统的由磨粒磨屑构成的 第三体 ,因此具有更好的抗磨效果。
3.2 纳米材料的润滑作用纳米金属粉作为润滑剂代替传统的润滑剂,是利用固体物化性质受温度、压力变化影响较小的特点,将纳米金属材料添加到润滑油中,发挥其纳米材料特有的物化性能,在润滑油中起到承压骨架的作用,纳米金属可部分渗到摩擦金属表面,改变表面结构,使其硬度发生变化,提高抗氧化、抗腐蚀及抗磨性能。
未渗入金属表面的纳米金属粉填充在摩擦表面的凹凸处,提高摩擦面的承载面积,以降低摩擦系数,提高承压能力。
于志民[8]将25%~30%的20~100nm 的钼、钽、镍、铜固体纳米金属微粉与70%~75%的溶剂混合制成抗磨添加剂,在润滑油中添加3%~5%的这种固、液混合添加剂,可明显改善润滑油的润滑性能,降低摩擦系数,减少部件磨损和噪音,减轻发动机的振动,延长发动机的寿命。
陈爽[9]等利用四球机测定了3~5nm 的利用烷基二硫代磷酸修饰的PbS 纳米粒子在润滑油中的摩擦性能,其产生了良好的抗磨效果,认为这主要是由于在摩擦过程中产生高温高压使PbS 纳米粒子融化,在摩擦表面形成致密的边界润滑膜的原因。
将用二已基己酸修饰的TiO 2,平均粒径为5nm 的纳米粒子添加到润滑油中,利用四球机进行磨损试验,结果发现该纳米粒子具有良好的抗磨能力和载荷性能,认为这是由于TiO 2纳米粒子在摩擦表面形成一层抗高温的边界润滑膜的原故。
许多研究者利用多种微观测量设备观察摩擦表面的分子结构、组成变化,结合纳米粒子的高扩散性、易烧结性等,提出了纳米粒子的 薄膜润滑 的观点,提高了对纳米粒子润滑作用的认识。
4 结束语应用纳米材料作为润滑油的添加剂的研究还处于起步阶段,它涉及纳米摩擦学、润滑学、纳米材料学、现代表面学等许多先进的学科,纳米材料在润滑油中的应用对于完善润滑理论,揭示薄膜润滑和边界润滑的机理有着非常重要的意义。
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