纳米润滑材料的摩擦学研究

随着纳米材料和纳米摩擦学的发展,近来许多材料工作者注意到了纳米材料的摩擦学性能,并开展了一些积极的研究工作。综述了纳米颗粒作为增强材料、润滑油添加剂以及超薄纳米膜的摩擦学性能,并对纳米润滑材料今后的发展提出了一些建议。     

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。     

热固性轮缘润滑材料摩擦学性能研究

为解决湿式轮缘润滑法承载能力差、污染环境等问题,以热固性树脂和润滑剂MoS_2为主要原料,采用模压方法制备2种热固性固体轮缘润滑材料;利用M-200型摩擦实验机考察其摩擦磨损性能,利用X-射线衍射、红外光谱、扫描电子显微镜等手段分析材料的物相成分、组织结构以及磨损后表面形貌和成分等,并分析材料的润滑和磨耗机制。结果表明:制备的2种热固性润滑材料中,含摩擦改性剂的1号润滑材料的力学性能优于不含摩擦改性剂的2号润滑材料,并且其在摩擦过程中形成了均匀连续的转移膜,因摩擦因数低而稳定,磨损率也较低。摩擦改性剂的加入促进了热固性树脂的固化以及润滑剂在热固性树脂中的分散,使得材料的力学性能更优;摩擦改性剂与润滑剂MoS_2起协同作用,促进了均匀转移膜的生成,进而提高了固体润滑材料承载力和耐磨性。     

辛硫醇改性氧化石墨烯在润滑脂中的摩擦学性能

氧化石墨烯(GO)的结构中拥有众多含氧基团,可作为化学反应的活性位点。以辛硫醇为改性剂对GO进行修饰,得到辛硫醇-GO。使用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TGA)对其进行结构表征。将GO、辛硫醇-GO作为添加剂与润滑脂复配,考察其在润滑脂中的摩擦学性能。依据ASTM D2596-15标准方法,采用四球机测定GO润滑脂的抗磨减摩性能,使用白光干涉三维表面轮廓仪测定钢球表面形貌和磨损率。结果表明:GO可略微减小润滑脂的摩擦因数和磨损率;辛硫醇-GO对润滑脂的润滑性能有较大提升,可使润滑脂的摩擦因数减小11.7%,磨损率减少31.5%。XPS磨损表面分析表明,摩擦过程中会有GO颗粒吸附到金属表面,而且改性GO润滑脂中的活性硫元素会与钢球表面反应,生成硫化铁,减少钢球表面的摩擦磨损,从而有效提升润滑脂的润滑性能。     

S-N型润滑添加剂的合成及其摩擦学性能研究

合成一种新型环境友好型、无灰、非磷极压抗磨剂——含羟基二烷基二硫代氨基甲酸衍生物(DDCSD)。采用红外光谱仪对其结构进行表征,利用热分析仪考察其热稳定性,使用四球试验机及SRV考察其在复合锂基润滑脂中的摩擦学性能,并用扫描电子显微镜及X射线光电子能谱分析摩擦表面形貌及表面化学成分。结果表明,DDCSD具有良好的热稳定性,能有效提高基础脂的抗磨、减摩及极压性能,可作为多功能润滑油脂添加剂ZDDP的替代品。这是由于DDCSD在摩擦过程中发生化学吸附及摩擦化学反应,在金属表面上形成了一层具有抗磨减摩性能的边界润滑膜,从而起到抗磨减摩的作用。     

工业摩擦学与润滑材料的发展

论述我国工业摩擦学与润滑材料的发展概况。指出设备机构摩擦学、切削加工与塑性成形摩擦学、环境友好摩擦学、节能摩擦学、润滑材料基础油和添加剂与摩擦化学、摩擦学测试技术与润滑管理方面的现状与发展方向。     

邻苯二甲酸酯类润滑基础油摩擦学性能

在UMT-2型微摩擦试验机上分别测定邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二正戊酯、邻苯二甲酸二正辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、邻苯二甲酸二壬酯、邻苯二甲酸二异癸酯在5~98 N载荷下的摩擦学性能。实验结果表明：在不同的载荷下,随着试验时间的延长,6种酯的摩擦因数都呈现下降趋势;邻苯二甲酸二异癸酯平均摩擦因数在各载荷下都最小,但是在低载荷下（5 N左右）波动较大;同一载荷下,直链酯的平均摩擦因数随着碳链长度的增加而降低,支链酯的平均摩擦因数变化无明显规律;同种酯的磨斑直径随载荷的升高而增加;同一载荷下,不同碳链长度的酯的磨斑直径变化没有明显的变化规律,醇碳链的延长并不能有效地控制磨损。     

改性尼龙水润滑轴承摩擦学性能试验研究

针对舰艇推进系统用水润滑轴承低噪声设计需求,研制改性尼龙（PA）的轴承材料及轴承样机,利用多功能摩擦磨损试验机对改性PA材料样品进行摩擦学性能试验,并与丁腈橡胶和赛龙SXL材料的摩擦学性能进行对比;在水润滑轴承试验台上开展PA轴承样机转速特性试验和载荷特性试验,获取不同比压和转速下摩擦因数和振动特性数据。研究结果表明：与丁腈橡胶和赛龙SXL材料相比,改性PA材料具有摩擦因数小、磨损率低的优点;低转速下,水润滑轴承摩擦因数随转速增大而减小,随比压增大而增大,转速增加至100 r/min后,摩擦因数变化趋势逐渐减缓;在工作转速范围内改性PA材料水润滑轴承无异常摩擦振动和噪声。研究结果为舰艇低噪声水润滑艉轴承设计提供参考。     

聚甲醛润滑材料在摩擦学领域的研究进展

对聚甲醛润滑材料的类型及发展状况作了评述与总结,提出了聚甲醛润滑材料研究工作的方向是通过在聚甲醛树脂上改性处理,形成聚甲醛复合材料,提高其抗冲击性,保持其刚性和强度不下降;同时添加高性能的抗磨减摩剂,进一步提高其自润滑性,另外尽量赋予润滑材料在导电性、阻燃性、高承载性等方面的特殊功能,形成多品种多系列的聚甲醛润滑复合材料。     

纳米金刚石润滑添加剂在含水工况下的摩擦学性能对比

在润滑剂的实际工程应用中,水是很常见的杂质,使用含水工况下纳米金刚石颗粒添加剂与几种润滑添加剂,进行了摩擦学性能的试验研究。通过含水工况下润滑油的减摩性能、抗磨性能和承载能力来考察纳米金刚石润滑剂的摩擦学特性。结果表明,在含水条件下,纳米金刚石添加剂能在一定程度上改善基础润滑油的综合摩擦学性能。     

含氟润滑油脂减摩性能及摩擦机制分析

研究分析了聚四氟乙烯润滑油脂的减摩性能,得出了聚四氟乙烯润滑油脂摩擦因数与转速、温度和载荷变化关系。利用SEM和EDS对3种润滑剂摩擦膜进行形貌和能谱分析,认为聚四氟乙烯润滑油脂减摩是表面物理吸附膜和化学迁移膜共同作用的结果。     

纳米石墨粉和柴油烟炱作为润滑油添加剂的摩擦磨损行为研究

在UTM-2摩擦磨损试验机上,采用球-面接触往复移动方式,在3种不同温度(25、100、175℃)下,考察柴油烟炱和纳米石墨分别作为润滑油添加剂的摩擦学性能,通过原子力显微镜对柴油烟炱和纳米石墨粉进行表征,借助光镜、扫描电镜、三维形貌仪、拉曼光谱等分析其减磨特性和作用机制。原子力显微镜显示柴油烟炱粒径在20~70 nm之间,纳米石墨粉为10~30 nm,略小于烟炱粒径。质量分数0.01%柴油烟炱和纳米石墨粉在PAO4润滑油中起到良好的抗磨减摩作用,可使摩擦因数降低50%~80%,磨损率减少40%~70%,其减磨机制为柴油烟炱和纳米石墨粉在磨损后的表面形成了一层保护膜,改变了摩擦界面接触环境。     

The Effect of FeS Solid Lubricant on the Tribological Properties of Bearing Steel under Grease Lubrication

In order to improve the tribological properties of 52100 steel under grease lubrication, FeS solid lubricant was used in two ways. Low-temperature ion-sulfurization technology was utilized to prepare solid lubricant iron sulfide (FeS) films on the surface of 52100 steel, and FeS particles were mixed into the lithium grease as additive. The friction and wear properties were examined systematically on a “ball-on-disc” testing machine. The results showed that the tribological properties of bearing steel under grease lubrication can be improved either by using ion-sulfurization technique or by adding FeS microparticles into the grease. The tribological performance of sulfurized surface lubricated by grease is better than that of a plain surface lubricated by grease containing FeS microparticles at lower load and speed. The plain surface lubricated by the grease containing FeS micropaticles possesses better antiwear property under harsher conditions. The mechanism of the experimental results is discussed in detail.     

硫磷化改性菜子油润滑剂的制备及其摩擦学性能

以菜子油为原料，甲醇为酯交换剂，并以S粉和P2O5作为改性剂，合成了一种带有极压元素硫和磷的多羟基脂肪酸(酯)极压润滑剂，在制备成2%(质量分数)左右的乳化液后，经摩擦学性能考察，结果表明：该润滑液的最大无咬卡载荷(PB)为1260N，表面磨斑直径(WSD)和摩擦因数(μ)的最佳值分别为0．33mm和0.039，达到并超过了资料报导的目前以油为润滑介质的国内同类产品的性能指标。     

钠离子交换型层状磷酸锆作为钙基脂添加剂的摩擦学性能

以层状α-Zr(HPO₄)₂·H₂O(α-ZrP)为前驱体,采用水热合成法制备Na-α-ZrP,并使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜表征固体样品的晶体结构和形貌;制备含添加剂Na-α-ZrP的钙基润滑脂,利用流变仪和四球摩擦磨损试验机研究Na-α-ZrP对钙基脂流变性能和摩擦学性能的影响,借助3D白光干涉仪、扫描电子显微镜、X射线能谱仪、X射线光电子能谱分析钢球磨斑表面形貌、化学元素分布及化学状态。结果表明:所合成Na-α-ZrP结晶度良好、呈片状结构,能明显改善基础脂的黏弹性和黏温性等流变性能;Na-α-ZrP作为固体添加剂增强了基础脂的极压性能,在不同载荷、转速、时间下,Na-α-ZrP均体现出优异的减摩抗磨性能。磨损表面化学元素分布及化学状态分析显示,在摩擦过程中Na-α-ZrP在摩擦副上形成了一层含有Na、Zr、P、O等元素的固体保护膜。     

润滑油粘度对缸套/活塞环摩擦学性能的影响

在内燃机实际运行中,润滑油的粘度直接影响到润滑油膜的状态,因而活塞环在缸套中不同位置时的摩擦、润滑状态各不相同。文中以缸套活塞环为研究对象,建立了润滑计算模型,并运用该模型对缸内压力、温度、油膜厚度和摩擦系数进行了分析。结果表明,润滑油膜厚度和摩擦系数随转速改变而发生变化,而剪切稀化导致润滑油粘度减小是引起该变化的主要原因。最后,通过对计算结果的分析,提出了适用于缸套活塞环的润滑油粘度指标。     

Tribological Behavior of Some Candidate Advanced Space Lubricants

Performance of a variety of space lubricants was compared under boundary and elastohydrodynamic lubrication (EHL). The types of fluids studied were naphthenic mineral oil, paraffinic mineral oil, polyalphaolefin, and silahydrocarbon. The silahydrocarbon and the polyalphaolefin lubricants exhibited lower traction under similar conditions. A specific additive package increased the traction of the polyalphaolefin. Volatility characteristics of some of these fluids were also studied.     

纳米铜润滑添加剂在四球机上的摩擦学性能研究及机理探讨

用MRS-10J四球摩擦磨损试验机考察了N68基础油和添加了自修复纳米铜润滑添加剂NT1的N68NT1的摩擦学性能,用扫描电子显微镜（SEM）、x射线能量色谱仪（EDS）分析了钢球表面的磨斑形貌和组成,同时初步分析了纳米铜润滑添加剂的润滑机理.结果表明：自修复纳米铜润滑油添加剂NT1能显著改善N68基础油的摩擦学性能;在载荷为296 N、392 N、490 N,试验时间为30 min的试验条件下,摩擦副的摩擦因数同基础油的相比分别下降了33.8%、39.4%和55.5%;钢球的磨斑直径分别下降了46.5%、45.6%和32.5%;同N68相比,N68NT1的pB值提高了33.3%;这可能同摩擦过程中钢球表面上沉积膜的协同作用有关.     

润滑油添加剂摩擦学性能的试验研究

在四球摩擦磨损试验机上对比评价了T202,T321和T406的摩擦学性能,应用扫描电镜(SEM)和X-射线能谱仪(XPS)分析了GCr15钢球表面磨痕及化学反应膜成分,对不同添加剂对轴承钢球接触疲劳寿命可能的影响机理进行了分析。结果初步验证了这几种添加剂的抗磨机理和对疲劳寿命可能的影响,也确定了其摩擦学性能差异的原因。