纳米CeO2、TiO2粒子组合物用作润滑油添加剂的摩擦学性能和机理研究

论文摘要

近年来随着经济的增长,我国的润滑油以及润滑油添加剂的需求量在逐年递增,而且对润滑油的品质要求也越来越高,传统意义上油溶性添加剂越来越无法满足我国工业发展的需要;另一方面人们的环保意识也在逐渐提高,传统的润滑油添加剂由于含有硫、氯、磷等污染环境的元素,所以这些添加剂也逐渐被划入淘汰者的行列。同时常规微米数量级的无机粒子在润滑油中的分散性较差,并且会对摩擦副表面造成损坏,因此也严重制约了这些添加剂的广泛应用。因此,面对这种情况,各个润滑油公司、科研机构和大中专院校都在努力寻找新的突破点。随着纳米技术的出现和应用,纳米润滑添加剂为解决这一难题带来了新的希望。本文选用了适当的纳米CeO2和TiO2粒子,经过对纳米粒子表面改性后将其加入到基础油中,并在四球磨损试验机上对纳米CeO2、TiO2粒子及其粒子组合物作为润滑油添加剂的摩擦学性能进行了测试,最后探讨了这些纳米粒子用作润滑油添加剂的抗磨减摩作用机理。本文主要结论如下;1.采用X-线衍射仪（XRD）和透射电子显微镜（TEM）测定了纳米CeO2和TiO2粒子的晶体结构、粒径大小和晶体形貌,测定结果为;纳米CeO2粒子呈球形,平均粒径为10.4nm;纳米TiO2粒子呈颗粒状,平均粒径为15.2nm。2.根据亲水亲油平衡值（HLB）,选用了Tween-20、Tween-60、Span-20和十二烷基苯磺酸钠作为纳米CeO2和TiO2粒子的表面活性剂,并且按照质量比为2;2;1;1进行配制时,该复合表面活性剂对纳米CeO2和TiO2粒子具有较好的分散稳定效果。3.在磨损试验机上对纳米CeO2、TiO2粒子以及粒子组合物用作润滑油添加剂的摩擦学性能进行了测试,试验表明纳米粒子作为润滑油添加剂能明显提高润滑油的最大无卡咬负荷PB值、减小磨斑直径WSD和降低摩擦因数μ。4.纳米CeO2、TiO2粒子组合物添加剂的最佳添加量为;WtCeO2;WtTiO2=1;3,总质量分数为0.6%左右。5.通过对所配制润滑油油样、钢球磨斑形貌观察和实验数据的分析,可知表面活性剂将纳米CeO2粒子和纳米TiO2粒子包围形成了“微胶粒”,从而使纳米粒子在润滑油中得到了良好的分散,并且使得纳米润滑油稳定性相对较好;同时还发现纳米CeO2粒子对纳米TiO2粒子在润滑油中的团聚具有良好的抑制作用,并可以适当减少纳米TiO2粒子的使用量。6.通过采用TEM分析、XRD分析、SEM分析等现代测试手段,从纳米粒子的晶体结构、晶粒大小和磨斑形貌等处着手,探讨了纳米CeO2、TiO2粒子用作润滑油添加剂可能的抗磨、减摩作用机理,提出了自己的观点。主要机理有;（a）“微抛光”作用机理;（b）“微滚珠”作用机理;（c）“填充修复”作用机理;（d）协同作用机理。本课题所开展的工作是“纳米技术在润滑油中的应用”研究领域的探索性工作,是上海市教委科研项目“纳米材料润滑油添加剂产业化应用的关键技术研究”（05FZ31）和“纳米润滑油添加剂在发动机中的应用研究”（06FZ008）中的一部分,大量的工作和验证还有待今后继续深入研究。

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摘要

ABSTRACT

引言

第1章概述

1.1 纳米粒子的特性和纳米技术的发展现状

1.1.1 纳米粒子的特性

1.1.2 纳米科技的发展概况

1.1.3 纳米技术的展望

1.2 润滑油及润滑油添加剂发展简介

1.2.1 润滑油的发展

1.2.2 润滑油添加剂的发展

1.3 纳米粒子用作润滑油添加剂的研究概况

1.3.1 纳米粒子用作润滑油添加剂的国内外研究现状

1.3.2 纳米粒子用作润滑油添加剂的分类

1.3.3 纳米粒子用作润滑油添加剂的研究意义

1.4 本文的主要研究方向和主要工作

2、TiO₂粒子组合物的选用与表征'>第2章纳米CeO₂、TiO₂粒子组合物的选用与表征

2.1 纳米二氧化铈和纳米二氧化钛的选择

2.2 纳米二氧化铈和纳米二氧化钛的表征

2.2.1 纳米粒子的表征方法

2.2.2 纳米二氧化铈和纳米二氧化钛粒子的表征结果

2、TiO₂粒子的表面修饰'>第3章纳米CeO₂、TiO₂粒子的表面修饰

3.1 纳米粒子的团聚与分散稳定理论

3.1.1 纳米粒子的团聚原因与机理

3.1.2 分散稳定理论

3.1.3 纳米粒子的分散途径与方法

3.2 表面活性剂

3.2.1 表面活性剂的定义与结构特征

3.2.2 表面改性剂的分类

3.2.3 表面活性剂的作用原理

2、TiO₂粒子组合物添加剂润滑油的配制'>3.3 纳米CeO₂、TiO₂粒子组合物添加剂润滑油的配制

2和纳米TiO₂粒子的表面改性剂的选择'>3.3.1 纳米CeO₂和纳米TiO₂粒子的表面改性剂的选择

2、TiO₂粒子组合物添加剂润滑油的配制方法'>3.3.2 纳米CeO₂、TiO₂粒子组合物添加剂润滑油的配制方法

2、TiO₂粒子组合物用作润滑油添加剂的摩擦学性能研究'>第4章纳米CeO₂、TiO₂粒子组合物用作润滑油添加剂的摩擦学性能研究

2、TiO₂粒子组合物用作润滑油添加剂的极压性能试验'>4.1 纳米CeO₂、TiO₂粒子组合物用作润滑油添加剂的极压性能试验

4.1.1 实验设备和试验条件

4.1.2 试验原理

4.1.3 实验步骤

2、TiO₂粒子组合物用作润滑油添加剂的抗磨、减摩性能试验'>4.2 纳米CeO₂、TiO₂粒子组合物用作润滑油添加剂的抗磨、减摩性能试验

4.2.1 实验设备和试验条件

4.2.2 试验原理

4.2.3 实验步骤

4.2.4 实验数据分析与结论

2、TiO₂粒子组合物添加剂润滑油的SEM研究分析'>第5章含纳米CeO₂、TiO₂粒子组合物添加剂润滑油的SEM研究分析

5.1 扫描电子显微镜的工作原理

5.2 试验钢球磨斑形貌的SEM研究分析

5.2.1 试验钢球在500SN基础油中其磨斑形貌的SEM研究分析

5.2.2 试验钢球在含纳米粒子的润滑油中磨斑形貌的SEM研究分析

2、TiO₂粒子组合物用作润滑油添加剂作用机理的初步探讨'>第6章纳米CeO₂、TiO₂粒子组合物用作润滑油添加剂作用机理的初步探讨

6.1 传统润滑油添加剂的抗磨减摩机理

2和TiO₂粒子组合物用作润滑油添加剂的作用机理'>6.2 纳米CeO₂和TiO₂粒子组合物用作润滑油添加剂的作用机理

第7章结论与展望

7.1 本文主要结论

7.2 工作展望和建议

致谢语

参考文献

附录一纳米二氧化铈粒子的XRD谱线图

附录二纳米二氧化钛粒子的XRD谱线图

纳米CeO2、TiO2粒子组合物用作润滑油添加剂的摩擦学性能和机理研究

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