CaF2纳米晶体作为润滑脂添加剂的摩擦学调查.doc

毕业设计（论文）外文翻译 （2011届） 外文题目 Tribological investigation of CaF2 nanocrystals as grease additives 译文题目 CaF2纳米晶体作为润滑脂添加剂的摩擦学调查 外文出处 ELSEVIER CaF2纳米晶体作为润滑脂添加剂的摩擦学调查 概要 平均颗粒尺寸为60nm的氟化钙（CaF2）纳米晶体是通过沉淀法合成的。它们的形态和结构都是通过透射电子显微镜（TEM）和X射线粉末衍射仪（XRD）描述的。TEM和XRD显示出CaF2纳米晶体是亚微米尺度的立方形颗粒。把已经准备好的在锂基润滑脂中作添加剂的CaF2纳米晶体用一个四球摩擦测试仪评估其摩擦学特性。结果表明这些纳米晶体表现出极好的抗磨损，减摩擦以及极压（EP）的特性。同时也发现这种润滑脂的EP和抗磨损能力与CaF2纳米晶体的含量不是成比例的，但是却存在一种确定的价值。用X射线光电子光谱仪和扫描电子显微镜对摩擦试验后的摩擦表面进行调查研究从而了解作用机制。结果表明边界膜主要由CaF2，CaO，氧化铁以及摩擦试验后在摩擦表面形成的一些有机化合物组成，而且边界膜的厚度大约12nm。在边界润滑膜里，Ca和F的化学计量比的不对称性表明，在非常严重的摩擦条件下CaF2纳米晶体在磨损钢表面发生化学反应。 关键词：CaF2；纳米晶体；润滑添加剂；耐磨性；锂基润滑脂 1. 介绍 因为具有特殊的物理特性和化学特性，纳米材料在各种各样的研究领域获得了很大关注[1,2]。在摩擦学中一些纳米材料被证明有很好的潜力作润滑材料或者发展先进的润滑技术。到目前为止，很多纳米晶体被合成，然后用作润滑油的添加剂[3-6]。它们能很大程度上提高耐磨能力，减小摩擦系数，表现出极压特性，甚至能阻碍润滑油或润滑油脂的热导氧化作用。 大多数已报道的纳米添加剂或者包含像Zn，Cu，Pb等等的重金属，或者含有硫原子，而这些对环境却有一种潜在的威胁。绿色纳米颗粒添加剂需要非常注意。碱金属盐是一个可提供的选择。在温度升高时，碱氟化物（CaF2，LiF2，BaF2）普遍抗剪强度较低，热物理特性和热化学特性较稳定。因此，它们可能仅仅被用作高温润滑剂。例如，在低温下CaF2是易碎的，而且没有润滑特性。但是当温度升高时，它会经历一个从易碎状态到可塑状态转变的过程，然后在形成自动润滑复合材料中作为一种润滑剂起作用[7-9]。当CaF2被用于形成润滑薄膜或者形成自动润滑金属基质复合材料的组成部分时，温度低至4000C会表现出有效的自动润滑特性[10-13]，这在很大程度上是尺寸减小的结果。由于小规模效果，纳米尺寸材料同大批与它相对应的材料相比，常常被用于戏剧性地降低熔点。因此，对在降低温度时被用作油脂添加剂或油添加剂的CaF2纳米晶体的研究是非常有吸引力的。所以目前工作主要是对通过一个简单的沉淀法获得的CaF2纳米晶体的合成，而且由于它的摩擦特性可作为锂基润滑脂的一个添加剂。现在讨论一下作用机理。 试验 2.1.合成 CaF2粒子的合成过程如下。在一个500ml的烧瓶里，0.01molCaCl2溶解于100ml蒸馏水，然后在剧烈搅拌条件下将0.02molNH4F溶解于100ml蒸馏水中形成的溶液也加入这个烧瓶。这份混合溶液要再另外搅拌2h，而后反应混合液逐渐从透明的液体变成不透明的白色悬浮液。然后，通过离心分离以及用乙醇溶液洗涤三次消除残余的氯离子和铵离子而分离固体，可得到一个白色的固体产品。反应结果收益大概为90%。我们假定在离心分离过程中会丢失一些物质，这是因为颗粒非常小，而且我们的离心旋转速度必须限定在10000rpm。 2.2.摩擦和磨损试验 CaF2纳米晶体作为锂基润滑脂的一种添加剂，在不同的浓度下其抗磨损和减摩擦特性可通过一个四球摩擦测试仪评估。商业锂油脂由中国石油有限公司生产，主要的构成成分有~90%的矿物油,它在1000C的运动黏性系数为32cS，还有~9%的锂羟基硬脂酸盐以及0.5-1%抗氧化剂，商业锂油脂被用作基地油脂。把CaF2纳米晶体加入不同浓度的油脂，然后通过机械搅拌还有用三锟磨碾磨15min并且碾磨三次来混合。 这个摩擦和磨损试验在旋转速度为1450rpm（线速度为33.38mmin-1）时实现，负载分别为196，294，392，490以及588N，并且这个试验持续30min。最高/平均赫兹压力为3.119/2.079GPa比294N。最大限度的非占有性负载根据与ASTM D278