Cu/Ni-Mg-Al类水滑石的制备与摩擦性能研究

论文摘要

本文采用水热法制备Cu/Ni-Mg-Al-CO3水滑石。对反应溶液中金属阳离子浓度、Cu2+/Mg2+摩尔比例(或Ni2+/Mg2+摩尔比例)和晶化时间对Cu/Ni-Mg-Al-CO3水滑石的影响进行了研究,获得Cu-Mg-Al-CO3水滑石优化工艺条件:反应物中金属阳离子比例为Cu2+:Mg2+:Al3+=2:8:5,浓度为0.5 mol/L,晶化时间为8 h;Ni-Mg-Al-CO3水滑石优化工艺条件:反应物中金属阳离子摩尔比例为Ni2+:Mg2+:Al3+=2:8:5 ,浓度为1.0 mol/L ,晶化时间为6 h。对制备出的Cu/Ni-Mg-Al-CO3水滑石结构、形貌、热稳定性等进行了研究。结果表明,制备得到的Cu/Ni-Mg-Al-CO3水滑石的晶相单一,结晶度好,粒径大小在4050 nm,为纳米级水滑石。加热到300℃以上时,其层板开始脱羟基,结构发生坍塌。采用离子交换法,以十二烷基磺酸钠为插层剂,制备十二烷基磺酸根插层Cu/Ni-Mg-Al类水滑石,研究了溶液pH值和反应时间对插层Cu/Ni-Mg-Al类水滑石的影响,确定的插层Cu-Mg-Al类水滑石优化工艺条件:溶液pH=4,反应时间2 h;插层Ni-Mg-Al类水滑石优化工艺条件:溶液pH=4,反应时间5 h。X射线衍射结果表明,Cu-Mg-Al类水滑石的层间通道高度由插层前的0.285 nm增大到2.043 nm,Ni-Mg-Al类水滑石则由0.284 nm增大到1.959 nm,说明十二烷基磺酸根成功插入类水滑石层间。但是由于十二烷基磺酸根的引入造成类水滑石层板间作用力减弱,热稳定性下降。接触角和沉降速度实验结果表明,由于引入了亲油基团,插层Cu/Ni-Mg-Al类水滑石在基础油中的悬浮稳定性明显变好。对Cu/Ni-Mg-Al类水滑石样品进行摩擦学性能研究。结果表明, Cu/Ni-Mg-Al类水滑石样品可降低摩擦系数30%以上。其中,插层Ni-Mg-Al类水滑石的减摩抗磨性能尤为突出。此外,插层Cu/Ni-Mg-Al类水滑石样品可以减少设备运行功耗、降低油温的节能效果,进一步证明了类水滑石的减摩抗磨作用。研究认为,类水滑石的减摩作用与其层状结构有关。它含有大量活性基团（如羟基等）,可有效覆盖摩擦副表面,受到剪切力而发生层间滑动,从而降低摩擦系数。此外,类水滑石微纳米级颗粒,在摩擦副之间起到“轴承”的支撑作用,减小摩擦阻力和磨损。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 摩擦与润滑
• 1.1.1 摩擦与磨损
• 1.1.2 润滑油和润滑油添加剂
• 1.1.3 矿物粉体作为减摩修复材料的研究进展
• 1.1.4 矿物粉体减摩修复机理
• 1.2 水滑石与类水滑石
• 1.2.1 天然水滑石
• 1.2.2 类水滑石的结构
• 1.2.3 类水滑石的性质
• 1.2.4 类水滑石的制备方法及研究现状
• 1.2.5 插层类水滑石的制备方法及研究现状
• 1.2.6 类水滑石的应用
• 1.3 研究目的与内容
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 本文完成的主要工作量
• 第2章 Cu-Mg-Al 类水滑石的制备及表征
• 2.1 制备工艺
• 2.1.1 实验原料与仪器
• 2.1.2 测试与表征方法
• 3水滑石制备工艺研究'>2.1.3 Cu-Mg-Al-C0₃水滑石制备工艺研究
• 2.1.4 插层Cu-Mg-Al 类水滑石制备工艺研究
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 类水滑石的结构特征
• 2.2.2 类水滑石的红外光谱特征
• 2.2.3 类水滑石的形貌特征
• 2.2.4 类水滑石热稳定性
• 2.2.5 类水滑石的成分特征
• 2.2.6 类水滑石接触角与表面自由能
• 2.2.7 类水滑石的沉降性
• 2.3 小结
• 第3章 Ni-Mg-Al 类水滑石的制备及表征
• 3.1 制备工艺
• 3.1.1 实验原料与仪器
• 3.1.2 测试与表征方法
• 3.1.3 Ni-Mg-Al-C03水滑石制备工艺研究
• 3.1.4 插层Ni-Mg-Al 类水滑石制备工艺研究
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 类水滑石的结构特征
• 3.2.2 类水滑石的红外光谱特征
• 3.2.3 类水滑石的形貌特征
• 3.2.4 类水滑石热稳定性
• 3.2.5 类水滑石的成分特征
• 3.2.6 类水滑石接触角与表面自由能
• 3.2.7 类水滑石沉降性
• 3.3 小结
• 第4章 摩擦性能评价
• 4.1 样品制备
• 4.2 四球摩擦实验
• 4.2.1 Cu-Mg-Al 类水滑石四球实验
• 4.2.2 Ni-Mg-Al 类水滑石四球实验
• 4.2.3 Cu/Ni-Mg-Al 类水滑石的摩擦系数对比
• 4.2.4 四球摩擦实验结果分析
• 4.3 齿轮摩擦实验
• 4.3.1 Cu-Mg-Al 类水滑石齿轮实验
• 4.3.2 Ni-Mg-Al 类水滑石齿轮实验
• 4.3.3 Cu/Ni-Mg-Al 类水滑石对比
• 4.3.4 齿轮摩擦实验结果分析
• 4.4 空气压缩机实验
• 4.4.1 Cu-Mg-Al 类水滑石空气压缩机实验
• 4.4.2 Ni-Mg-Al 类水滑石空气压缩机实验
• 4.4.3 Cu/Ni-Mg-Al 类水滑石对比
• 4.4.4 空气压缩机实验结果分析
• 4.5 摩擦机理分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录