环境友好型Cu纳米微粒润滑油添加剂的制备及其摩擦学行为研究

论文摘要

以水合肼为还原剂，利用原位表面修饰方法制备了不含硫、磷的有机化合物修饰油溶性铜纳米微粒；利用X射线衍射仪、透射电镜及红外光谱仪分析了纳米颗粒的形貌和结构；采用四球摩擦磨损试验机考察了所制备的铜纳米颗粒的摩擦学性能，并采用扫描电镜和X射线光电子能谱仪分析了磨斑表面形貌和元素组成；进而探讨了铜纳米微粒的减摩、抗磨和自修复机理。本文主要研究内容和结果如下：（1）制备了十四烷基羟肟酸（THA），将其作为修饰剂用于铜纳米颗粒原位表面修饰，得到油溶性的铜纳米颗粒（记为THA-Cu）。采用四球摩擦磨损试验机考察了THA-Cu纳米颗粒添加剂对液体石蜡摩擦学性能的影响。结果表明，THA-Cu在基础油中具有较好的分散性；其作为一种环境友好型添加剂能显著提高液体石蜡的抗磨性能。这是因为，含有活性元素O和N的有机修饰剂在较低载荷下可形成摩擦化学反应膜，有助于改善减摩抗磨性能；而当载荷足够高（如1000N）时，纳米Cu核可在摩擦副接触表面沉积成膜，从而显著提高基础油的抗磨能力和承载能力。得益于摩擦化学反应膜和纳米铜沉积膜的协同作用，基础油的减摩抗磨性能，以及极压承载能力均显著提高。（2）合成了十八烷基羟肟酸修饰铜纳米颗粒；将其用作液体石蜡添加剂，考察了其分散稳定性和摩擦学性能。结果发现，十八烷基羟肟酸修饰纳米铜的分散稳定性与THA-Cu的相近，但其作为液体石蜡添加剂的摩擦学性能优于THA-Cu添加剂。这表明随着表面修饰剂烷基链的增长，铜纳米颗粒添加剂的摩擦学性能趋于改善，但表面修饰铜纳米微粒的分散稳定性变化不大。（3）制备了5-壬基水杨醛肟修饰铜纳米微粒（N902-Cu）。分别采用环-块摩擦磨损机和四球摩擦磨损试验机考察了N902-Cu纳米微粒在聚α烯烃（PAO6）基础油中的摩擦学行为；并测定了其分散稳定性。结果表明，N902-Cu纳米颗粒的长期分散稳定性优异；当摩擦副接触形式为线接触时，N902-Cu纳米微粒能显著提高基础油的减摩抗磨性能，出现“负增重”现象。当摩擦副接触形式为点接触时（载荷较高），N902-Cu纳米颗粒能在摩擦副接触表面沉积并填充表面微坑和微划痕，从而对磨损表面起到自修复作用，显著减轻钢-钢摩擦副的磨损。总体而言，N902-Cu纳米颗粒作为环境友好润滑油添加剂具有潜在的应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 摩擦学相关概念及润滑油添加剂研究进展
• 1.1.1 摩擦学基本概念
• 1.1.2 润滑油添加剂研究进展
• 1.2 纳米材料的基本概念及其在摩擦学中的应用
• 1.2.1 纳米材料的基本概念
• 1.2.2 纳米材料在摩擦学中的作用机理
• 1.2.3 纳米微粒表面修饰的目的及修饰方法
• 1.3 纳米金属铜的研究综述
• 1.3.1 纳米金属铜的性质
• 1.3.2 纳米铜的制备方法
• 1.3.3 纳米铜的摩擦学行为研究进展
• 1.4 选题依据和研究内容
• 1.4.1 选题依据
• 1.4.2 主要研究内容
• 1.4.3 预期研究目标
• 参考文献
• 2 十四烷基羟肟酸修饰铜纳米颗粒的合成及其摩擦学性能研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验主要原料和仪器：
• 2.1.2 十四烷基羟肟酸修饰铜纳米颗粒的制备
• 2.1.3 THA-Cu 纳米颗粒的结构表征
• 2.1.4 THA-Cu 纳米颗粒的摩擦学性能评价
• 2.1.5 磨斑表面分析
• 2.2 结果和讨论
• 2.2.1 THA 修饰的铜纳米微粒的结构分析
• 2.2.2 THA-Cu 纳米颗粒在液体石蜡中的摩擦学性能评价
• 2.3 本章小结
• 参考文献
• 3 十八烷基羟肟酸修饰铜纳米颗粒的制备及其摩擦学性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验主要原料和仪器
• 3.1.2 十八烷基羟肟酸（SHA）修饰铜纳米颗粒的制备
• 3.1.3 SHA-Cu 纳米颗粒的摩擦学性能评价
• 3.1.4 磨斑表面分析
• 3.2 结果和讨论
• 3.2.1 SHA 修饰的铜纳米微粒的结构分析
• 3.2.2 SHA-Cu 纳米颗粒在液体石蜡中的摩擦学性能评价
• 3.3 本章小结
• 参考文献
• 4 5-壬基水杨醛肟修饰铜纳米颗粒的合成及其摩擦学性能研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验主要原料和仪器
• 4.1.2 N902 修饰铜纳米颗粒的制备
• 4.1.3 N902-Cu 纳米颗粒的结构表征
• 4.1.4 不同接触形式下 THA-Cu 纳米颗粒的摩擦学性能评价
• 4.1.5 磨斑表面分析
• 4.2 结果和讨论
• 4.2.1 修饰剂与铜盐的最佳比例
• 4.2.2 N902 修饰的铜纳米微粒的结构分析
• 4.2.3 线接触形式下 N902-Cu 摩擦学性能评价
• 4.2.4 点接触形式下 N902-Cu 纳米颗粒的摩擦学性能研究
• 4.2.5 磨损表面分析
• 4.2.6 油溶性纳米微粒的中试放大探索
• 4.3 本章小结
• 参考文献
• 5 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 硕士期间发表及完成的学术论文