基础油中金刚石纳米颗粒润滑性能和导热性能的分子动力学分析*

为了研究纳米颗粒对基础油液热导率的影响,在基础油蓖麻油酸中加入不同体积分数和粒径的纳米金刚石颗粒,采用LAMMPS和分子动力学的研究方法,对粒子数密度以及粒子的径向分布规律、导热系数进行研究。结果表明:加入纳米颗粒的纳米流体的热物理性质受到多方面的影响,其中包括纳米颗粒体积分数及粒径等;随纳米粒子体积分数的提高纳米流体的热导率呈近似线性增加,随着纳米粒子粒径的减小,纳米粒子润滑膜的承载能力增强。纳米润滑膜能承受很高的外界冲击力,这有助于减小两作用面之间的摩擦,减小表面磨损;加入纳米颗粒的润滑油会减小摩擦副之间的摩擦和增强散热,提高热导率。     

原位溶胶-凝胶法合成纳米SiO_2润滑液的摩擦学性能

采用溶胶-凝胶法在亲水性聚醚油中原位制备纳米二氧化硅微球。利用透射电镜系统考察反应条件,如氨水和水的添加量、正硅酸乙酯(TEOS)添加量、聚醚含量及水解温度对原位生成的纳米二氧化硅颗粒的直径和形貌的影响。结果表明:随着TEOS、氨水及水含量的增加,纳米二氧化硅颗粒直径逐渐增大;而随着聚醚油含量增加以及反应温度的升高,纳米二氧化硅颗粒直径逐渐减小直至出现严重团聚。使用四球摩擦磨损试验机,研究不同粒径的纳米二氧化硅微球对润滑油减摩抗磨性能的影响。结果表明,随着纳米颗粒添加量的增加其摩擦因数和磨斑直径呈现出先下降后上升的趋势;在纳米颗粒最佳添加量时,纳米颗粒直径越小其减摩抗磨效果越明显;同时,纳米二氧化硅润滑液具有优异的减摩抗磨性能,但其最佳添加量受颗粒直径影响呈非规律性变化。     

石墨烯/铜混合纳米流体对微量润滑车削304不锈钢的影响

为了揭示纳米粒子的协同作用机理,以少层石墨烯为载体,纳米铜作为负载金属粒子,在可生物降解润滑油基础上,分别采用分子水平混合和机械混合方法制备了石墨烯/铜混合纳米流体。在确定的石墨烯/铜比例及纳米粒子的质量分数条件下,进行了微量润滑切削AISI 304不锈钢的单因素试验研究。结果表明,配方合适的分子水平混合纳米流体协同润滑作用优于机械混合纳米流体,MQL加工时可降低切削温度,提高表面质量,减小刀具磨损。     

铜纳米流体的制备及微流动特性研究

采用混合法配制了铜纳米粒子质量分数分别为1%和2%的铜-水纳米流体,通过添加相同质量分数的十二烷基苯磺酸钠分散剂并施加超声振动,使纳米流体的粒子稳定悬浮时间达30~40h。实验研究了所配制的纳米流体在压力驱动下流经直径分别为25μm和50μm的不同长度微圆管道的流动特性,并与蒸馏水流动特性及理论估算值进行了对比,发现纳米流体流量-压力特性基本呈线性关系,与理论估算值存在一定偏差,这主要是由尺度效应等所致。     

纳米CaCO3、Cu混合物润滑油添加剂的摩擦学性能

采用纳米碳酸钙、纳米铜粒子混合物作为润滑油添加剂,利用四球摩擦磨损试验机考察了含纳米碳酸钙、纳米铜粒子添加剂的润滑油的摩擦学性能;用扫描电子显微镜（SEM）考察了磨痕表面的形貌;用原子力显微镜和扫描电子显微镜（SEM）观察分析了在磨损表面纳米粒子的形态与分布。研究结果表明,纳米碳酸钙、纳米铜的混合粒子的总添加量为0.6％,质量比为1：1时,润滑油具有最佳的摩擦学性能;润滑油中纳米碳酸钙、纳米铜混合物粒子添加剂的优良摩擦学性能与纳米粒子在表面存在形态相关。     

纳米二氧化铈润滑油添加剂的摩擦学特性

用适当的表面活性剂对纳米二氧化铈粒子进行表面改性处理,采用透射电镜(TEM)和X-射线衍射法(XRD)观察与测量纳米二氧化铈粒子的形貌、结构和平均直径。将改性后的纳米二氧化铈粒子作为润滑油添加剂,采用四球摩擦磨损试验机测定添加纳米二氧化铈粒子的润滑油的摩擦学性能。利用扫描电镜(SEM)观察磨斑表面形貌以及纳米二氧化铈粒子在摩擦表面的形态等,并探讨了纳米二氧化铈粒子具有优良摩擦学性能的机制。结果表明,经表面改性的纳米二氧化铈在润滑油中具有良好的分散、稳定性;纳米二氧化铈粒子的添加量为0.6%(质量分数)左右时,润滑油在室温与较高温度下均具有优良的减摩、抗磨作用。     

添加纳米Fe3O4 润滑剂磨损性能试验研究

采用化学共沉淀发制备了纳米级铁磁流体润滑剂,利用MMW-1万能摩擦磨损试验机,测定了添加纳米Fe3O4润滑剂在不同速度、添加量和载荷下的摩擦学性能,并对减摩抗磨机制进行了研究。结果表明,添加纳米Fe3O4粒子的润滑油表现出了良好的抗磨减摩性能,并能够显著改善基础油的承载能力,最大可以提高16．5％。其减摩抗磨机制为,由于纳米微粒大多为球状,能起到类似“球轴承”的作用,从而提高润滑性能;另外,由于纳米颗粒的增粘作用,从而提高承载能力。     

电镀废液回收纳米铜粉作为润滑添加剂的摩擦学性能研究

以化学还原法从电镀铜废液中回收的纳米铜粉为固体润滑油添加剂,在四球式摩擦磨损试验机上研究纳米铜粉的加入量对润滑油摩擦学性能的影响。采用SEM、EDAX等分析磨斑表面,初步探讨纳米铜粉抗磨减摩机制。结果表明:纳米铜粉的添加显著提高基础油的抗磨减摩性能,当纳米铜粉加入量为0.3%(质量分数)时,其摩擦因数和磨斑直径分别比基础油减小33.4%和19%。含纳米铜粉润滑油在高载荷下具有更好的抗磨减摩性能。纳米铜粉在摩擦过程中抗磨减摩机制主要为填充作用和沉积自修复膜作用机制。     

纳米莫来石在蓖麻油中的摩擦学行为

利用MMW-1型立式万能摩擦磨损试验机考察了添加KH-550硅烷偶联剂改性及未改性纳米莫来石对蓖麻油的摩擦学性能的影响.结果表明:KH-550硅烷偶联剂对纳米莫来石具有明显的改性效果;在蓖麻油中添加改性纳米莫来石可以明显提高其润滑性能;改性莫来石的添加量在1%～1.5%时,润滑油的效果最佳.     

表面修饰氟化镧纳米粒子的制备及摩擦学性能研究

采用化学沉淀法以氟化物(NaF)和稀土氯化盐(LaCl3)为原料制备LaF3纳米粒子;采用透射显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)对纳米粒子的结构和形貌进行表征及分析;用硅烷偶联剂KH550对其表面改性,在高速高温摩擦磨损试验机上研究改性后的LaF3纳米粒子添加到纯基础油中的摩擦学性能,分析其抗磨减摩机制。结果表明,LaF3纳米粒子添加到润滑油中能提高其摩擦学性能,起到减摩耐磨效果;摩擦过程中LaF3纳米粒子渗透到试件中,起到修复作用。     

SiO2包裹纳米Cu粒子/环氧树脂复合材料及其在芯片封装领域的应用

为提高微电子封装材料的散热性能并保留其良好的电绝缘性能,以环氧树脂为基体,二氧化硅包裹纳米铜粒子(SiO2-Cu)为填料,采用机械混炼法制备了芯片封装用SiO2-Cu环氧树脂复合材料。采用SEM和TEM研究了SiO2-Cu纳米粒子在环氧树脂中的分散情况;研究了填料对复合材料导热系数、热膨胀系数(CTE)和力学性能的影响。结果表明:SiO2-Cu纳米粒子在环氧树脂中分散性良好;复合材料的导热系数随SiO2-Cu纳米粒子填充量的增加而增大,填充量(体积分数)超过25%时导热系数开始下降,SiO2-Cu纳米粒子适宜用量为总体积的25%;随着填料的增加,复合材料的CTE减小;当SiO2-Cu纳米粒子填充量为25%时,用于芯片封装材料时具有良好的抗冲击性能和较长的电迁移失效时间。     

极压条件下水基纳米液压液抗磨减摩特性

采用分子模拟方法,研究不同压力、剪切速度、纳米颗粒浓度、温度条件下水基纳米液压液在动力学模型中的流动特性、承载能力和抗磨减摩特性.结果表明:纳米流体承载能力随纳米颗粒浓度的增加而增大;随着负载的增加,基础流体和纳米流体均会发生固化现象,但是纳米流体的过渡压力大于基础流体;壁面间摩擦力在一定范围内会随着纳米颗粒浓度的增大...     

Cu-水纳米流体作为PET瓶胚注塑模具冷却液的研究

通过在水介质中添加Cu纳米粒子,研制出一种新型传热冷却介质—Cu水纳米流体,用普通自来水和不同浓度的Cu-水纳米流体进行铜管冷却实验和PET瓶胚模具冷却实验,记录铜管相同时间点温度的变化和检测不同流体作为冷却液时PET瓶胚的质量。结果表明:铜管的温度与纳米粒子的浓度有良好的对应关系,Cu纳米粒子浓度越高,铜管温度越低。同时,当使用Cu-水纳米作为冷却液时,生产的PET瓶胚质量更好一些。通过实验对Cu-纳米流体铜管冷却实验和PET瓶胚模具冷却实验,为纳米流体以后作为PET注塑模具冷却液打下基础。     

纳米改性锌铝基耐蚀涂层的制备及性能研究

将纳米TiO2硬质颗粒添加到锌铝基耐蚀涂层中,制得了纳米TiO2增强的锌铝基耐蚀涂层,讨论了同添加量对涂层的各项性能的影响.结果表明在B组分中添加0.2%的十二烷基磺酸钠对提高TiO2的分散性最佳;每1000g涂液中添加1～1.5g TiO2纳米粒子可以保持涂层有较高的附着性能;涂层硬度随着纳米粒子的加入量的增加而增加;涂层的耐冲击性能很高;加入TiO2对涂层的耐蚀性能会产生微小的不利影响.     

含纳米CuO锂基润滑脂摩擦学性能研究

为改善锂基润滑脂摩擦学性能,制备不同添加量纳米CuO改性的锂基润滑脂。采用3H-2000PS2比表面及微孔分析仪对纳米CuO粒子进行表征,采用四球摩擦磨损试验机分析纳米CuO添加量对锂基润滑脂摩擦学性能的影响,采用扫描电镜(SEM)和三维形貌分析仪分析试验后钢球磨痕形貌。结果表明:纳米CuO质量分数为0.60%时锂基润滑脂具有最佳的抗磨减摩效果,摩擦因数和磨斑直径较基础脂分别降低24%和12%;一定添加量下,纳米CuO对磨损表面具有修复作用,含质量分数0.60%纳米氧化铜的润滑脂润滑时,磨损表面具有较低的表面粗糙度和较少的犁沟,表现出最佳的抗磨性能。     

纳米金刚石粒子表面修饰及其摩擦学性能

通过纳米金刚石粒子与硫酸的酯化反应,合成了纳米金刚石粒子磺酸衍生物.采用傅立叶转换红外线光谱仪(FTIR)、飞行时间二次离子质谱仪(TOP-SIMS)对该改性物进行了结构表征.利用四球摩擦磨损试验机研究了化学修饰后纳米金刚石粒子在水基基础液的摩擦学行为.结果表明,纳米金刚石粒子磺酸衍生物在水基基础液中具有良好的分散稳定性;纳米金刚石粒子磺酸衍生物质量分数为0.1%时,可使水基基础液的承载能力提高10%,磨斑直径降低4.4%.     

三维石墨烯纳米流体传热性能的实验研究

以SX-LY型号汽车散热器为实验载体,在50%乙二醇水溶液中掺入0.025wt%、0.1wt%质量比的三维多级孔石墨烯纳米粒子配置成混合纳米流体,通过实验研究新型纳米冷却液对汽车散热器冷却性能的影响。结果表明:添加三维石墨烯纳米粒子能极大提高基液的传热性能,且随着纳米粒子质量浓度的升高,流体传热特性加强;入口温度、流速也影响着冷却液传热性能,随着入口温度、流速的升高,换热量与传热系数均增大。     

MoS_2/CNTs混合纳米流体微量润滑磨削加工表面质量试验评价

结合国内外对混合纳米流体微量润滑磨削的研究现状,研究二硫化钼和碳纳米管混合纳米流体微量润滑磨削镍基合金的工件表面质量。以工件表面粗糙度Ra值、表面轮廓曲线的自相关分析和工件表面微观形貌,作为表面质量表征参数。试验结果表明:纳米流体微量润滑由于纳米粒子高的强化换热能力从而避免了工件烧伤;混合纳米流体由于起到了"物理协同作用",较单一纳米流体得到了最低的表面粗糙度Ra值(0.311μm)和磨削温度峰值(52.8℃);随纳米流体质量分数的增加,表面粗糙度Ra值呈现上升趋势,这是由于质量分数的增加改变了微量润滑雾滴与工件的接触角,从而改变了浸润面积;而摩擦因数和磨削温度峰值在6%取得最低值后呈上升趋势,这是由于纳米粒子的团聚破坏了纳米流体性能。通过工件表面轮廓曲线的自相关分析进一步验证,纳米粒子在磨削区起到"润滑作用"和"微加工"作用,从而提高了加工精度。因此,综合磨削性能、表面粗糙度和自相关分析,选择混合纳米流体质量分数6%为纳米流体的优选质量分数。     

谷光甘肽对金纳米粒子的粒径控制

利用谷光甘肽对金纳米粒子进行粒径控制.用柠檬酸三钠和谷光甘肽还原氯金酸的方法制备金纳米粒子,通过改变谷光甘肽加入量从而实现对金纳米粒子粒径的控制.实验获得了粒径不同、单一分散的金溶胶溶液.通过粒径分析和紫外-可见光谱进行谷光甘肽对金纳米粒子粒径影响的分析,结果表明,随着谷光甘肽加入量的增加,金纳米粒子的粒径逐渐减小,纳米粒子的均匀性逐渐增加.为金纳米粒子在DNA检测、生物及医药等领域方面的应用提供了新的途径.     

TiO2—蒸馏水纳米流体在内螺纹铜管内表面传热试验研究

为研究TiO2—蒸馏水纳米流体在内螺纹管内的表面传热特性,自行设计并建立一套纳米流体表面传热试验系统和数据采集系统,试验系统核心部分分别采用铜光管和内螺纹铜管,将基液和TiO2—蒸馏水纳米流体分别应用于铜光管和内螺纹铜管内Re为3 000～8 000范围内进行表面传热试验研究,结果表明,在内螺纹铜管内,TiO2—蒸馏水纳米流体表面传热系数都是随着流速的增加而不断提高,随着纳米颗粒质量分数的不断增加,TiO2—蒸馏水纳米流体表面传热效果越来越差,而且弱于基液的表面传热效果,纳米颗粒质量分数不变的情况下,纳米流体表面传热效果随着流体平均温度的提高而加强。通过对纳米流体在不同圆管内试验结果进行对比,发现TiO2—蒸馏水纳米流体在内螺纹管内表面传热效果相对于光管内表面传热效果的强化程度低于基液的强化程度,TiO2—蒸馏水纳米流体不适用于内螺纹强化换热管。