Ce-Mg-Al类水滑石的合成与插层工艺及摩擦性能研究

论文摘要

本文采用四种方法制备了含碳酸根、十二烷基硫酸根和十二烷基磺酸根的Ce-Mg-Al类水滑石,通过XRD、SEM、FT-IR、TG-DTA等多种手段分别对合成产物进行了分析表征。利用四球实验机等手段对合成产物的摩擦性能进行了评价。取得了如下主要成果。采用共沉淀法、水热法、成核晶化隔离法制备了14种Ce-Mg-Al- CO32--LDHs粉体。分析认为,LDHs的制备方法及制备过程中的晶化时间和晶化温度对控制水滑石产物的晶粒尺寸、微观形貌和结晶度起着决定性的作用。晶化温度对产物的影响程度要大于晶化时间对其影响,晶粒的生长具有选择性,（110）晶面的生长速率要高于（003）晶面的生长速率。在优化条件（晶化时间4h、晶化温度120℃）下采用成核晶化隔离法制备出片径为200nm左右的LDHs。采用离子交换法,在不同pH值、不同反应时间、不同插层剂配比下对Ce-Mg-Al类水滑石进行插层,得到15种十二烷基硫酸根插层LDHs。分析表明,延长反应时间,降低体系pH值、增大有机阴离子与类水滑石的摩尔比有利于有机阴离子插层反应的进行,且可提高反应速率。反应体系的pH值对化学平衡的影响程度最大。优化条件下制备出十二烷基硫酸根插层类水滑石和十二烷基磺酸根插层类水滑石,结果表明,产物均具有较好的结晶度,且有机阴离子成功进入类水滑石层间,层间距由插层前的0.79nm变为2.80nm。进入层间的有机阴离子与层板之间存在着较强的结合力,有机阴离子进入层间致使其层间水的含量明显下降,亲水性降低,亲油性增强。插层后颗粒团聚现象有了明显的改善。通过四球摩擦实验,齿轮实验、空气压缩机实验对样品进行摩擦性能评价。实验结果表明,120℃下经4h晶化的粉体减摩效果最好,其平均摩擦系数较基础油降低45.2%,平均功耗降低9%。分析认为,Ce-Mg-Al类水滑石粉体的减摩效果与其层状结构和稀土元素的催化与渗透作用有关。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 水滑石与类水滑石
• 1.3 类水滑石的合成方法
• 1.3.1 共沉淀法
• 1.3.2 水热合成法
• 1.3.3 焙烧复原法
• 1.3.4 离子交换法
• 1.4 有机阴离子插层水滑石的应用研究现状
• 1.4.1 催化剂
• 1.4.2 离子交换和吸附材料
• 1.4.3 合成材料助剂
• 1.4.4 吸波材料
• 1.5 含稀土元素材料的摩擦性能
• 1.6 润滑材料的减摩机理
• 1.7 研究意义与内容
• 1.7.1 研究意义
• 1.7.2 研究内容
• 1.7.3 本论文完成工作量
• 第2章 Ce-Mg-Al 类水滑石制备工艺研究
• 2.1 制备工艺
• 2.1.1 原料和仪器
• 2.1.2 共沉淀法
• 2.1.3 水热法
• 2.1.4 成核晶化隔离法
• 2.2 测试和表征
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 制备工艺对产物的影响
• 2.3.2 晶化时间对产物的影响
• 2.3.3 晶化温度对产物的影响
• 2.3.4 类水滑石的晶体结构
• 2.3.5 类水滑石的红外光谱
• 2.3.6 类水滑石的热稳定性
• 2.4 小结
• 第3章 类水滑石插层工艺研究
• 3.1 引言
• 3.2 十二烷基硫酸根插层LDHs
• 3.2.1 实验方法
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.3 十二烷基磺酸根插层LDHs
• 3.3.1 实验方法
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.4 小结
• 第4章 类水滑石的摩擦性能评价
• 4.1 粉体的表面改性
• 4.2 样品制备
• 4.3 四球摩擦实验
• 4.3.1 实验设备及条件
• 4.3.2 实验方法
• 4.3.3 实验结果与讨论
• 4.4 齿轮摩擦实验
• 4.4.1 实验设备及参数
• 4.4.2 实验方法
• 4.4.3 实验结果
• 4.5 空气压缩机实验
• 4.5.1 实验设备及参数
• 4.5.2 实验方法
• 4.5.3 实验结果与讨论
• 4.6 摩擦机理探讨
• 4.7 本章小结
• 第5章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录