纳米氧化镧在润滑油中应用研究.docVIP

纳米氧化镧在润滑油中应用研究 　　（1.上海海事大学商船学院，上海 200135; 2.中国船级社上海分社，上海 200135）?? 　　 　　摘要：选择吐温60、司班20、司班80和聚醚作为活性剂对纳米氧化镧（n-La2O3）进行改性，配制了含纳米氧化镧的润滑油，并在MRS-1J四球磨损实验机上考察了润滑油的摩擦学性能。结果表明：吐温60、司班20、司班80和聚醚比例为2∶1∶1∶3时对纳米氧化镧粒子具有最好的分散效果，且纳米氧化镧质量分数为0.8%时，具有最佳的摩擦学性能；与500SN基础油相比，其?PB值提高了40.8%，磨斑直径降低了36.9%，摩擦因数降低了29%。?? 　　关键词：纳米La2O3；表面活性剂；摩擦学性能? 　　中图分类号：TE624.82 文献标识码：A?? 　　 　　0 前言? 　　 　　纳米材料具有许多特殊性能:宏观特性如热学性能、力学性能、磁学性能、光学性能、催化性能；微观特性如表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等。近年来越来越多的科研工作者将纳米粒子加入到润滑油中，提高其极压性能和抗磨、减摩性能，从而提高机器使用效率、延长机器零部件的使用寿命[1-2]。? 　　稀土元素具有的独特4f电子结构、大原子磁矩等决定了其具有许多优良的特性,如光学、磁学、电学、催化性能等。许多研究者把稀土元素作为添加剂加入润滑油中进行摩擦学研究,结果证明稀土元素作为润滑油添加剂具有良好的抗磨、减摩效果[3]。La2O3属于稀土氧化物，是轻稀土中的重要产品之一，因其有良好的物理化学性质，故在民用、军用和高科技等领域中获得了广泛应用。如La2O3在稀土玻璃、陶瓷、催化剂、荧光粉、激光器、发热体、阴极材料及电触点等材料领域的应用不断发展。La2O3还可以在一定程度上降低废气排放，从而保护环境。但是纳米La2O3用作润滑油添加剂很少有人研究，本文将纳米La2O3粒子作为添加剂加入到500SN基础油中研究其摩擦学性能，这对于进一步扩大纳米粒子作为润滑油添加剂的使用范围及进一步研究其抗磨减摩机理具有十分重要的理论和实际意义。? 　　1 试验内容? 　　1.1 纳米粒子的选择? 　　本试验采用的纳米氧化镧粒子（n-La2O3），由广东惠州瑞尔化学科技有限公司提供，纳米La2O3粒子的粒径大约为20～30 nm，纯度为99.99％，采用溶胶-凝胶方法制备。溶胶-凝胶包括水解反应和聚合反应两个阶段。其基本过程是易于水解的稀土金属化合物(无机盐或稀土金属醇盐)经过水解与缩聚逐渐凝胶化,再经干燥、烧结等处理得到所需材料,经低温化学手段在相当小的尺寸范围内剪裁和控制材料的显微结构,使均匀性达到纳米级水平。与其他制备方法相比,此法能在低温合成无机材料,从分子水平设计和控制材料的均匀性及粒度,最后得到高纯超韧均匀的纳米粒子[4]。? 　　1.2 活性剂的选择及其分散效果? 　　为了使纳米粒子充分地溶解到润滑油中，我们采用表面改性的方法。对纳米粒子进行表面改性的方法很多，但是最常用和最方便的方法是采用表面活性剂对纳米粒子的表面修饰，降低纳米粒子表面作用能，从而使纳米粒子能均匀地分散在介质中。本文采用吐温60、司班20、司班80和聚醚，按照质量比例为2∶1∶1∶3的比例进行混合，根据亲水亲油平衡值（HLB）理论，如果三种活性剂的HLB值分别为HLB1、HLB2和HLB3，混合物的比例为a∶b∶c，那么混合活性剂的HLB值可以由下列公式求出：HLB=HLB?1a+HLB?2b+HLB?3ca+b+c。已知吐温60、司班20、司班80和聚醚的HLB值分别为：14.9、8.6、4.3和?9.5?，那么根据上面的公式，我们计算可得，混合后的HLB值为： 　　 　　 （注：基金项目：上海市教委科研项目(06FZ008) ；上海市教委重点学科建设项目（J50603）。? 　　HLB=14.9×2+8.6×1+4.3×1+9.5×32+1+1+3=10.2? 　　根据文献[5]，若HLB值在10～13之间，则活性剂在水中呈半透明至透明分散体。而机械油的HLB值也在10～13之间。? 　　不同比例活性剂对纳米La2O3粒子在润滑油中的分散效果如表1所示。? 　　表1 不同比例活性剂对纳米La2O3粒子?在润滑油中的分散效 　　1.3 含纳米粒子润滑油的配制? 　　(1) 吐温60、司班20、司班80和聚醚以2∶1∶1∶3的比例混合。? 　　(2) 将混合后的活性剂分别加入纳米La2O3粒子（其质量分数分别为0.2%，0.4%,0.6%, 0.8%,1.0%），然后置于恒温水浴锅中搅拌10 min左右，水温保持在75 ℃左右。? 　　(3) 将含有纳米粒子的混合活性剂加入到500SN基础油中后，置