含纳米Cu,La3掺杂体润滑油摩擦学性能研究.doc

含纳米Cu，LaF3掺杂体润滑油摩擦学性能研究 摘要 本文将质量分数之比为1：1的纳米铜离子、氟化镧掺杂体应用于润滑油中，使润滑油具有优良的减摩、抗磨性能。用适当的表面活性剂对纳米氟化镧与铜离子进行表面改性处理，经表面改性的纳米粒子在润滑油中具有良好的分散、稳定性。采用透射电镜(TEM)观察与测量纳米氟化镧、铜粒子的形貌和平均直径。利用四球摩擦磨损试验机测定掺杂体纳米氟化镧、铜粒子的润滑油的机压性能(PB)、磨痕直径(WSD)和摩擦因数(μ)等。研究结果表明，改性后的纳米氟化镧、铜粒子的总添加量为0.8%（质量分数）左右，该润滑油具有最佳的减摩、抗磨作用。 关键词:纳米铜 纳米氟化镧 润滑油 掺杂 摩擦学性能 1.前言 纳米微粒是指颗粒尺度为纳米量级(1—100nm)的超细微粒。由于其独特的结构, 赋于其不同于传统材料的各种独特的性能,其中尤其以电学、磁学、光学、热学、力学、化学和摩擦学等性能特别引人注目,近年来国内外研究者在利用纳米材料提升传统润滑技术上进行了许多研究工作并取得了可喜的效果[ 1- 4]。 目前, 稀土化合物在摩擦学中的研究已经渗透到耐磨金属材料、耐磨高分子材料以及耐磨陶瓷材料等领域, 纳米含氟稀土化合物作为润滑油抗磨减摩添加剂更是摩擦材料及化学的前沿课题, 在理论和应用方面均有广阔的发展前景[ 5- 9]。同时, 我国又是稀土大国, 从开发和利用国内丰富的稀土资源考虑,更具有重大的理论意义和实际应用价值。 镧元素位于元素周期表中第六周期第óB族,原子序数为57。研究发现:LaF3纳米材料作为润滑油添加剂具有优良的抗磨减摩性能,同时,与常用润滑油添加剂的活性元素具有协同效应。由于镧元素是镧系的第一个元素,镧化合物与其他镧系化合物的化学性质相似,因此研究 LaF3纳米材料对于研究其他镧系纳米材料具有一定的指导意义。本文将纳米铜离子、氟化镧掺杂体应用于润滑油中，采用透射电镜(TEM)观察与测量纳米氟化镧、铜粒子的形貌和平均直径。利用四球摩擦磨损试验机测定添加剂纳米氟化镧、铜粒子的机压性能(PB)、磨痕直径(WSD)和摩擦因数(μ)等。 2.实验材料及方法 本文将质量分数之比为1：1的纳米LaF3和纳米Cu微粒掺杂应用于润滑油中。采用日立H-600透射电子显微镜观察与测量纳米LaF3和纳米Cu粒子的形貌和平均直径。 将添加剂配制成多种油样,质量分数为0.1%、0.3%、0.5%、0.8%、1.0%。按照GB∕T12583-1998标准[10],分别测试油样的最大无卡咬负荷(pB)和在 294 N负荷、转速1450r/min下摩擦30min磨斑直径。 用石油醚超声清洗钢球,在日本电子(JOEL)公司JSM-6360LV型扫描电镜(SEM) 下观察其磨斑形貌。 3.结果与讨论 3.1纳米粒子的形貌与粒径 采用透射电镜(TEM)观察纳米LaF3、Cu粒子的形貌和与测定平均粒径大小。由图1 透射电镜观察结果可见, 纳米LaF3粒子与纳米Cu粒子均呈颗粒状, 而且颗粒大小较均匀。测定结果为:纳米LaF3和纳米Cu粒子粒径分别为10nm和50nm左右。颗粒状的纳米粒子在摩擦副表面可能起到“ 微抛光”作用, 使摩擦表面更加光滑,减少摩擦；在摩擦副表面,纳米粒子可能起到“微轴承”作用, 减小摩擦, 提高承载能力；纳米粒子可能填补在凹坑处, 起到填补修复作用；在摩擦压应力作用下, 可能表面活性很高的纳米粒子发生强烈的粒子吸附, 形成保护膜, 从而能够保护摩擦表面。 图1纳米LaF3、Cu微粒的透射电镜照片 3.2纳米添加剂的摩擦学性能 表2为添加剂含量对500SN基础油摩擦学性能的影响 从表A中可以看出, 基础油的磨斑直径为0.575mm,随着纳米粒子质量分数的增大,磨斑直径变小,当添加剂质量分数为0.8%时达到最小值0.350mm,相对基础油的0.575mm降低了39.13%。从表B中可以看出,pB值随添加剂含量的增加而增大,当添加剂质量分数为0.8%时达到最大值1069N,约为空白基础油(510N) PB 值的2.1倍;综上可知,随着添加剂含量的增加，油样的摩擦学性能变好,在添加剂质量分数达到0.8%时,摩擦学性能达到最佳,此后再增加添加剂含量对油样摩擦学性能没有显著影响。由此可知纳米粒子添加入基础油后,明显提高了润滑油的抗磨、减摩性能与极压性能。摩擦学性能试验结果表明,适量的纳米粒子加入后,由于纳米粒子充分覆盖摩擦表面,有助于摩擦表面油膜的生成, 从而起到了更好的的抗磨、减摩与承载作用。 3.3磨斑表面形貌分析 图3分别为不含纳米粒子的500SN油与含纳米粒子Wt(LaF3+Cu)%=0.8%，WtLaF3:WtCu=1：1的润滑油的试验钢