纳米ZrO2作为润滑添加剂抗磨减摩性能研究

论文摘要

在润滑工程领域,润滑油添加剂已经被广泛的应用于各种润滑油中,它们起到了减小摩擦系数,降低磨损量甚至对摩擦表面损伤部位进行修补的功能。尽管润滑油添加剂发展到现在,已经发展更新了四代,但是现有的润滑油添加剂都具有明显的不足,特别体现在对摩擦表面的修补作用上,这使得研究者们不断的寻找性能更加优异的材料用于润滑油添加剂。近年来,纳米材料的出现为润滑油添加剂的发展提供了一个新的选择。通过研究发现,添加有纳米颗粒的润滑油在摩擦学性能上得到了显著的提高。对纳米颗粒的减摩抗磨机理,大多数研究者认为,纳米颗粒在摩擦副间起到了垫片的作用,另一些研究者提出,纳米球形颗粒在摩擦面间存在微滚动作用,变滑动摩擦为滚动摩擦,减小摩擦系数。随着试验研究的进一步深入,更多的研究者发现,纳米颗粒可以沉积到摩擦表面的磨损部位,使摩擦表面得到修补。然而,到目前为止,纳米颗粒减摩抗磨以及修补作用的机理仍没有得到系统的研究。为了对无机纳米颗粒减摩抗磨机理做深入的研究,作者首先采用化学沉淀法制备了ZrO2纳米颗粒;而后采用硅烷偶联剂对其表面进行了改性处理;最终通过摩擦磨损试验机,对添加有改性纳米ZrO2颗粒的润滑油进行了摩擦学性能进行了研究。其主要研究内容如下:1.以ZrOCl2·8H2O为主盐,采用化学沉淀法制备了ZrO2纳米颗粒。在制备过程中,研究了主盐浓度、溶液pH值、分散剂用量、反应各阶段的工艺温度,以及反应器等因素对试验结果的影响,得出了制备ZrO2纳米颗粒的最佳工艺参数。通过透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)的分析发现,制得的纳米氧化锆粉体颗粒呈球形,直径在10nm左右、大小均匀、颗粒分布窄、分散性良好。X射线衍射(XRD)对粉体的分析表明制备的纳米ZrO2颗粒为无定型结构。2.表面修饰剂硅烷偶联剂以化学键的形式结合在无机纳米颗粒表面,使无机纳米颗粒由亲水疏油性的表面改性成亲油疏水的表面,降低了表面自由能。化学修饰纳米微粒粒径分布均匀,基本无团聚,并且在有机溶剂和油中有很好的分散性,在空气中有较高的稳定性。3.利用摩擦磨损试验机测定了所制备的纳米ZrO2作为润滑油添加剂的摩擦磨损性能。结果表明,纳米ZrO2作为添加剂可以显著提高润滑油的抗摩减磨能力,当纳米ZrO2的添加量为0.25wt%时相应的磨斑直径最小、摩擦因数最低、磨损量最少。采用扫描电镜、能谱仪对摩擦表面形成的保护层进行了分析,摩擦试样表面有添加剂物质沉积膜生成,表面微区亦增添了来自添加剂中的元素,对摩擦表面起到了很好的减摩作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 纳米粒子特性
• 1.2.2 纳米粒子制备方法
• 1.2.3 纳米微粒的表面修饰
• 1.2.4 润滑油抗磨剂研究现状
• 1.3 纳米粒子润滑原理
• 1.4 本课题研究意义
• 1.5 本论文主要工作
• 2颗粒的制备与表征'>第二章 纳米ZrO₂颗粒的制备与表征
• 2.1 试验原料与设备
• 2.1.1 试验采用的试剂
• 2.1.2 试验采用的仪器设备
• 2.2 试验过程
• 2.2.1 试验步骤
• 2 纳米颗粒'>2.2.2 正交试验制备ZrO₂纳米颗粒
• 2.2.3 粉体的表征
• 2.3 试验反应原理分析
• 2.4 结果分析
• 2.4.1 正交试验数据处理及分析
• 2 纳米颗粒表征'>2.4.2 ZrO₂纳米颗粒表征
• 2.4.2.1 激光粒度分析
• 2.4.2.2 扫描电镜分析
• 2.4.2.3 透射电镜分析
• 2.4.2.4 X 射线衍射分析
• 2.4.2.5 红外光谱分析
• 2.5 本章小结
• 2颗粒的表面改性研究'>第三章 纳米ZrO₂颗粒的表面改性研究
• 3.1 试验原料与设备
• 3.1.1 试验采用的试剂
• 3.1.2 试验采用的仪器设备
• 3.2 试验过程
• 3.2.1 试验步骤
• 3.2.2 改性粉体的表征
• 3.2.3 改性粉体油溶性试验
• 3.3 试验反应原理分析
• 3.3.1 硅烷偶联剂改性无机材料原理
• 2 反应机理分析'>3.3.2 硅烷偶联剂与纳米ZrO₂反应机理分析
• 3.4 结果分析
• 2 纳米颗粒透射电镜分析'>3.4.1 改性ZrO₂纳米颗粒透射电镜分析
• 2 纳米颗粒EDS 分析'>3.4.2 改性ZrO₂ 纳米颗粒EDS 分析
• 2 纳米颗粒红外光谱分析'>3.4.3 改性ZrO₂纳米颗粒红外光谱分析
• 3.4.4 亲油性指数分析
• 3.5 本章小结
• 2对摩擦副抗磨减摩性能的影响'>第四章 纳米ZrO₂对摩擦副抗磨减摩性能的影响
• 4.1 试验过程
• 4.1.1 试验润滑试样的制备
• 4.1.2 试验设备与方法
• 4.1.3 摩擦副磨损表面分析
• 4.2 试验结果分析
• 4.2.1 添加浓度对摩擦因数的影响规律
• 4.2.2 添加浓度对磨斑的影响规律
• 4.2.3 载荷对摩擦因数的影响规律
• 4.2.4 添加剂对磨损质量的影响规律
• 4.2.5 添加剂对摩擦表面元素构成的影响规律
• 4.2.6 添加剂对摩擦表面显微硬度的影响规律
• 4.3 本章小结
• 2颗粒抗磨减摩作用机理分析'>第五章 纳米ZrO₂颗粒抗磨减摩作用机理分析
• 第六章 结论与创新点
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 今后工作建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位论文期间取得的成果