活塞环中二硫化钨颗粒的磨损性能研究.docxVIP

摘?要：

以研究活塞环中二硫化钨（WS2）纳米颗粒的磨损性能为目标，对WS2颗粒作为润滑油添加剂的摩擦学性能进行了实验研究：以季戊四醇油酸酯为基础油，配置了不同质量分数的润滑油，在万能往复摩擦磨损试验机上进行测试，研究了添加量和载荷对WS2摩擦学性能的影响。结果表明，适当的添加量和载荷能够提高润滑油的抗磨减摩性能。在载荷为20N的情况下，WS2添加量为0.5wt%的样品油摩擦学性能最佳；在载荷为40N的情况下，WS2添加量为1.0wt%的样品油摩擦学性能最佳。

关键词：

WS2纳米颗粒；润滑油；摩擦学性能

中图分类号：

TE626.3

0?引言

随着纳米技术高速发展，纳米材料在摩擦学领域的应用前景越来越广阔。其中，高性能纳米润滑油的相关研究，得到了国内外学者越来越多的关注，纳米颗粒的添加明显提高了传统润滑油的抗磨减摩性能和承载能力。

研究表明，某些典型的纳米颗粒展现出了较为优异的抗磨减摩性能。特别是纳米金属化合物WS2，作为一种新型的润滑油添加剂，其不仅具备良好的化学稳定性，还能有效改善润滑油的摩擦学性能，可用于重载、高温、高压、高辐射、高真空条件下或有腐蚀介质的苛刻的工作环境中，在航天航空、国防、军事工业、机械制造工业等领域有着重要的应用价值。

1?WS2纳米颗粒作为润滑添加剂的摩擦学试验

WS2纳米颗粒的含量变化、施加载荷的大小均是影响润滑油抗磨减摩性能的重要因素。为进一步探讨质量分数和载荷对WS2纳米颗粒作为润滑添加剂摩擦学性能的影响，制备质量分数为0.5wt%、1.0wt%、1.5wt%和2.0wt%的润滑油，研究载荷分别为20N和40N时润滑油的润滑性能，并对其润滑机理进行分析，研究结果为WS2纳米颗粒作为润滑油添加剂的广泛应用提供实验或理论依据。

1.1??试验材料及试样的准备

本试验采用粒径为30～50?nm球形WS2纳米颗粒，基础油为季戊四醇油酸酯（PETO）润滑油，对样品油采用机械搅拌和强超声波复合方式进行分散1h，最终获得质量分数分别为0.5wt%、1.0wt%、1.5wt%和2.0wt%的润滑油。

试验摩擦副的接触形式为销盘接触，销和盘均为45#钢，销直径为4.7mm，高度为8mm；下摩擦圆盘的直径为25mm，高度为8mm。试验前用MP-1B金相试样抛光机对钢圆盘试样表面进行镜面抛光。

1.2?摩擦磨损试验

试验采用HRT-02A万能往复摩擦磨损试验机评价不同质量分数（0.5wt%、1.0wt%、1.5wt%和2.0wt%）的润滑油样的摩擦磨损性能，速度设定为20mm/s，载荷为20N和40N，试验时长20min，温度为室温。摩擦试验结束后使用Olympus金相显微镜观察磨痕表面形貌。共设计了8组试验，每组重复3次。

2?试验结果与分析

2.1?不同WS2添加量和载荷对摩擦系数的影响

图1和图2分别是载荷为20N和40N情况下样品油摩擦系数。据图可知，不同WS2添加量的样品油在载荷20N和40N情况下表现出的摩擦系数曲线走势均趋于平稳。当载荷为20N时，样品油的最低摩擦系数出现在WS2添加量为0.5wt%时，摩擦系数为0.049；当载荷为40N时，样品油的最低摩擦系数出现在WS2添加量为1.0wt%时，摩擦系数为0.058。

载荷为20N情况下，不同WS2添加量的样品油的摩擦系数平均值从小到大分别为0.051、0.085、0.112、0.142，含量为1.0wt%时，摩擦系数最大。质量分数为0.5wt%和1.0wt%的颗粒在往复运动中起着滚珠作用，能减少摩擦副表面的摩擦磨损，0.5wt%减摩最佳。而质量分数为1.5wt%和2.0wt%的颗粒在往复运动中层与层剥落，在摩擦副表面附着覆盖，形成了物理吸附膜，起到了减摩作用。

载荷为40?N情况下，不同WS2添加量的样品油的摩擦系数平均值从小到大分别为0.063、0.079、0.085、0.093，含量为0.5wt%时，摩擦系数最大。载荷增加，需要更多的WS2颗粒在往复运动中起滚珠作用，摩擦副表面容易形成凹坑甚至犁沟，WS2颗粒能进行填补从而减少摩擦副表面磨损。而质量分数为1.5wt%和2.0wt%的颗粒也是在运动过程中形成了物理吸附膜，起到了减摩作用。

不同添加量和载荷下WS2纳米颗粒的减摩性能不同，对应油润滑系统的润滑机理也不同。结果表明，当载荷为20N时，WS2添加量为0.5wt%的润滑油减摩性能最佳；当载荷为40N时，WS2添加量为1.0wt%的润滑油减摩性能最佳。且当载荷为20N、WS2添加量为0.5wt%时表现出了最佳减摩性能。

2.2?不同WS2添加量和载荷对磨痕微观形貌的影响

WS2纳米颗粒作为润滑添加剂的抗磨性能可通过钢圆盘表面的磨痕微观形貌反映，磨痕形貌随着添加剂浓度的变化而变化，钢