Co-Al水滑石类化合物的制备与摩擦性能研究

论文摘要

本文采用多种方法制备了3种Co-Al水滑石类化合物,通过XRD、SEM、FT-IR、TG-DTA等多种表征手段分别对合成产物的物相组成、微观形貌、红外光谱特征、热稳定性等进行了研究。利用四球实验机、齿轮实验机等对合成产物的摩擦性能进行了评价。论文取得了如下成果。利用恒定pH共沉淀法制备了Co-Al-CO3类水滑石,获得了优化的工艺条件:反应温度为70℃,陈化温度80℃,陈化时间12 h,盐溶液浓度为1mol/L。优化条件下制备的样品具备明显的层状结构,片径大小约100nm,片厚约15nm。各因素对平均粒径影响的大小顺序为:陈化时间>盐溶液浓度>陈化温度>反应温度;各因素对粒径分布宽度影响的大小顺序为:陈化时间>反应温度>陈化温度>盐溶液浓度。采用水热法制备了Co-Al-CO3类水滑石,确定了优化的工艺条件:晶化温度120℃、晶化时间5h、Co/Al摩尔比为3:1、采用水-乙醇混合溶剂为优化的反应条件。该条件下制备的样品具有六方片状形貌,片径约为150200nm,片厚20nm,粒径分布均匀,分散性较好。通过控制反应条件,能够得到不同类型的Co-Al-CO3类水滑石。相对于共沉淀法,水热法可以大大缩短晶化时间,并具有便于操作的优点。以十二烷基硫酸根、四硼酸根为插层离子,分别采用离子交换法和水热法开展了Co-Al类水滑石的插层改性研究。结果表明,用水热法制备的插层类水滑石比离子交换法制备的产物具有更高的结晶度。插层LDHs的晶形规整度降低,但层状结构均得到一定程度的保持。大分子的插入引起LDHs层间通道高度增大,导致二者的内比表面积较Co-Al-CO3-LDHs有所增加。采用四球摩擦实验、齿轮摩擦实验等对Co-Al-CO3类水滑石、十二烷基硫酸根、四硼酸根插层类水滑石的摩擦性能进行评价。实验结果表明,三者具有良好的减摩抗磨性能。其中添加有Co-Al-CO3类水滑石的样品的摩擦学性能最为优异,摩擦系数较基础油降低49.1%,油液温度和功耗均明显低于基础油,且稳定性好。分析认为,类水滑石良好的摩擦性能与其层状结构有关。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 固体润滑
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 固体润滑剂
• 1.1.3 层状硅酸盐减摩-修复材料的研究现状
• 1.2 水滑石类化合物的研究现状
• 1.2.1 引言
• 1.2.2 LDHs 的组成及结构特征
• 1.2.3 LDHs 的性质
• 1.2.4 LDHs 的制备方法
• 1.2.5 LDHs 的应用现状
• 1.3 论文的研究目的和内容
• 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 共沉淀法制备Co-Al 类水滑石
• 2.1 实验与表征方法
• 2.1.1 实验试剂与仪器
• 3-LDHs 的共沉淀法制备工艺研究'>2.1.2 Co-Al-CO₃-LDHs 的共沉淀法制备工艺研究
• 2.1.3 表征与测试
• 2.2 结果与讨论
• 2.3 本章小结
• 第3章 水热法制备Co-Al 类水滑石
• 3.1 实验与表征方法
• 3.1.1 实验试剂及仪器
• 3-LDHs 的水热法制备工艺'>3.1.2 Co-Al-CO₃-LDHs 的水热法制备工艺
• 3.1.3 表征与测试
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 Co/Al 摩尔比对合成产物的影响
• 3.2.2 晶化温度对合成产物的影响
• 3.2.3 晶化时间对合成产物的影响
• 3.2.4 有机溶剂对合成产物的影响
• 3-LDHs 的表征'>3.3 优化条件下制备的Co-Al-CO₃-LDHs 的表征
• 3.4 本章小结
• 第4章 插层Co-Al 类水滑石的制备
• 4.1 实验与表征方法
• 4.1.1 实验试剂及仪器
• 4.1.2 十二烷基硫酸根插层Co-Al-LDHs 的制备工艺
• 4.1.3 四硼酸根插层Co-Al-LDHs 的制备工艺
• 4.1.4 表征与测试
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 两步法制备十二烷基硫酸根插层Co-Al-LDHs
• 4.2.2 一步法制备十二烷基硫酸根插层Co-Al-LDHs
• 4.2.3 优化条件下制备的Co-Al-DS-LDHs 的表征
• 4.2.4 两步法制备四硼酸根插层Co-Al-LDHs
• 4.2.5 一步法制备四硼酸根插层Co-Al-LDHs
• 4O₇-LDHs 的表征'>4.2.6 优化条件下制备的Co-Al-B₄O₇-LDHs 的表征
• 4.3 本章小结
• 第5章 Co-Al 水滑石类化合物摩擦性能研究
• 5.1 实验样品制备
• 5.2 四球摩擦实验
• 5.2.1 设备及参数
• 5.2.2 性能测试
• 5.2.3 结果与讨论
• 5.3 齿轮摩擦实验
• 5.3.1 设备及参数
• 5.3.2 性能测试
• 5.3.3 结果与讨论
• 5.4 空气压缩机实验
• 5.4.1 设备及参数
• 5.4.2 性能测试
• 5.4.3 结果与讨论
• 5.5 摩擦机理分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录