金属纳米Cu-Ni复合粉体的制备、分散及摩擦性能研究

论文题目: 金属纳米Cu-Ni复合粉体的制备、分散及摩擦性能研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 材料学

作者: 高建卫

导师: 张少明,张振忠

关键词: 金属纳米铜镍复合粉体,直流氢电弧等离子体,制备,分散,润滑油添加剂,摩擦学性能

文献来源: 南京工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 针对高纯净度、高产率及高均匀混合金属纳米复合粉体的制备以及高性能金属纳米复合润滑添加剂的开发问题，本文以Cu，Ni金属为研究对象，在改进蒸发方式和粉体捕集方式的基础上，采用正交设计实验方案，系统研究了H2／Ar、充气压力、电流对粉体产率及微观结构的影响规律。在此基础上通过工艺优化，借助TEM、XRD、XRF等分析手段，系统研究了双枪直流电弧蒸发法制备的金属纳米Cu-Ni复合粉体的产率、粒径、形貌、混合均匀性等特征。随后，对所制备的纳米镍粉、铜粉和铜镍复合粉体进行了分散实验。采用油酸和Span-20为表面活性剂，通过控制超声时间和调节表面活性剂的浓度，达到了金属纳米镍粉、铜粉、铜镍复合粉体在乙醇中的最佳分散状态，并将分散好的纳米铜镍复合粉体加入到事先添加了粘度指数改进剂的基础油中，成功配制出了分散稳定性较好的金属纳米添加剂润滑油。最后利用四球式摩擦磨损试验机对该润滑油进行了摩擦磨损性能测试。分析了极压值（PB）、磨斑直径（WSD）和摩擦系数（μ）与金属纳米粉体添加浓度的关系、不同温度下磨斑直径的大小变化情况、不同载荷下摩擦系数的变化以及长时间摩擦条件下的摩擦系数变化情况，对金属纳米添加剂的抗磨减摩机理做了一些探讨。实验结果表明：（1）通过改进粉体捕集方式和使用特殊的隔热坩锅，基本实现了高产率、高洁净度、低成本金属纳米粉体的制备。通过对比实验发现：相同制备条件下，在使用特殊隔热坩锅后，镍粉的产率提高了9.25倍；（2） H2／Ar、电流、充气压力对金属纳米粉的产率和粒度均存在重要影响，其影响显著性顺序是：镍粉产率：H2／Ar＞电流＞压力，平均粒径：H＿2／Ar＞压力＞电流，粒度分布：电流＞H＿2／Ar＞压力；铜粉产率：H＿2／Ar＞电流＞压力，平均粒径：压力＞H2／Ar＞电流，粒度分布：压力＞H2／Ar＞电流；（3）采用优化的工艺参数（H2／Ar=2／8，压力=0.06MPa，电流：350A（镍极）和300A（铜极））成功制备了纯净度高、高均匀混合的金属纳米铜镍复合粉体，其平均粒径为53.68nm，产率为65.01g／h；（4）所制备的金属纳米镍粉、铜粉及铜镍复合粉体表面都带有正电荷。非离子型表面活性剂Span-20对三种粉体都不能起到提高分散性能的作用，而阴离

论文目录:

摘要

ABSTRACT

绪言

第一章文献评述

1.1 金属纳米粉体简介

1.2 金属纳米粉体制备技术研究现状

1.2.1 概述

1.2.2 金属纳米复合粉体制备技术现状

1.2.2.1 气相蒸发法

1.2.2.2 液相还原反应法

1.2.2.3 固相法

1.3 纳米粉体的分散

1.3.1 纳米粒子的团聚和分散

1.3.1.1 固体颗粒在液体中的聚集状态

1.3.1.2 纳米粒子的分散

1.3.2 金属纳米颗粒的分散研究

1.4 纳米润滑油添加剂研究现状及存在问题

1.4.1 纳米颗粒润滑添加剂研究现状

1.4.1.1 无机单质纳米粉体

1.4.1.2 纳米无机盐

1.4.1.3 纳米氢氧化物及纳米氧化物

1.4.1.4 高分子纳米微球

1.4.2 纳米润滑添加剂润滑机理研究现状

1.4.2.1 沉积膜作用机制

1.4.2.2 润滑膜增强机制

1.4.2.3 填充条件修复作用机制

1.4.2.4 表面抛光优化作用机制

1.4.2.5 光滑或超光滑表面滚动摩擦作用机制(分子轴承)

1.4.3 目前纳米颗粒润滑油添加剂研究中存在的问题

1.4.4 汽车内燃机的润滑要求

1.4.5 金属纳米颗粒作为润滑剂添加剂的特点

第二章研究目的、内容及方法

2.1 研究目的

2.2 研究内容

2.3 研究方法

2.3.1 金属纳米铜镍复合粉体的制备

2.3.1.1 实验基本理论

2.3.1.2 实验设备

2.3.1.3 实验材料

2.3.1.4 纳米镍粉的制备工艺设计

2.3.1.5 纳米铜粉的制备工艺设计

2.3.1.6 金属纳米铜镍复合粉体的制备

2.3.2 纳米铜镍复合粉体的分散稳定性能研究

2.3.2.1 实验基本理论

2.3.2.2 实验原料及设备

2.3.2.3 分散方案

2.3.2.4 实验步骤

2.3.3 纳米铜镍复合润滑油添加剂的摩擦磨损性能测试方法

2.3.3.1 金属纳米铜镍复合添加剂的极压性能测试

2.3.3.2 金属纳米铜镍复合添加剂的浓度对抗磨性能的影响

2.3.3.3 温度对金属纳米铜镍复合添加剂的摩擦性能影响

2.3.3.4 金属纳米铜镍复合添加剂的减摩性能的检测

第三章高产率、高洁净度纳米Cu—Ni复合粉体的制备

3.1 前言

3.2 高产率金属纳米粉体制备方法探讨

3.3 纳米镍粉的制备工艺设计

3.3.1 产率及粒度

3.3.2 物相分析

3.3.3 晶粒度分析

3.4 纳米铜粉的制备工艺设计

3.4.1 产率及粒度

3.4.2 物相分析

3.4.3 晶粒度分析

3.5 金属纳米铜镍复合粉体的制备

3.5.1 实验参数的选择

3.5.2 产率和粒度分布

3.5.3 物相分析

3.5.4 XRF分析

3.6 本章小结

第四章纳米铜镍复合粉体的分散稳定性能研究

4.1 前言

4.2 表面活性剂的选取

4.3 结果与分析

4.3.1 金属纳米镍粉在乙醇中的分散工艺确定

4.3.2 金属纳米铜粉在乙醇中的分散工艺确定

4.3.3 金属纳米铜镍复合粉体在乙醇中的分散工艺确定

4.3.4 静置沉降实验结果分析

4.4 本章小结

第五章油润滑介质中纳米铜镍复合粉体的摩擦学性能研究

5.1 前言

5.2 金属纳米铜镍复合粉体加入量对润滑油的极压性能影响

5.3 金属纳米铜镍复合粉体加入量对润滑油抗磨性能的影响

5.4 油温对含金属纳米铜镍复合粉体润滑油摩擦性能影响

5.5 金属纳米铜镍复合粉体加入量对润滑油减摩性能的影响

5.5.1 金属纳米铜镍复合粉体加入量对润滑油摩擦系数变化的影响

5.5.2 载荷对含0.1wt%纳米铜镍复合粉体润滑油摩擦系数的影响

5.5.3 长时间摩擦条件下纳米铜镍复合粉体加入量对润滑油减摩性能的影响

5.6 本章小结

第六章结论及展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文

致谢

发布时间: 2007-03-23

参考文献

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