齿轮油抗磨添加剂的摩擦学性能研究

为了减少材料磨损,提高部件的使用寿命,合成了齿轮油极压抗磨添加剂二烷基二硫代磷酸镉(CdDDP).利用四球试验机研究了该添加剂在矿物基础油中的极压、抗磨和减摩性能,并与同类添加剂ZnDDP进行了比较,结果表明,此添加剂体现出了良好的减摩、抗磨性能和承载能力;另外采用扫描电镜、X射线能谱仪对其边界润滑状态下形成的磨斑及表面元素组成和含量进行了分析,结果表明,经CdDDP润滑的磨斑光滑而又规则,并且表面上有大量镉原子生成.正是由于该添加剂在摩擦过程中与金属表面作用形成了镉软金属保护层,从而有效地提高了油品的极压抗磨性能.     

四硼酸钾在水介质中的极压抗磨性能研究

采用四球摩擦磨损试验机考察了四硼酸钾在水介质中的极压抗磨性能,采用扫描电镜(SEM)、X射线能谱 (EDX)、X射线光电子能谱(XPS)分析了磨斑表面形貌、元素分布特征和化学状态.结果表明,四硼酸钾对提高水的极压性能效果十分突出,对改善抗磨性能效果一般.极压条件下四硼酸钾水溶液的磨斑表面擦伤小,硼含量高,并在摩擦表面形成了具有良好极压抗磨作用的以B2O3,Fe3O4和Fe2O3等为主要成分的摩擦氧化物膜.     

油酸咪唑啉硼酸酯的摩擦学性能

在硼酸酯润滑油添加剂中引入氮原子可以改善其水解稳定性和减摩耐磨性能.合成了3种油酸咪唑啉硼酸酯润滑油添加剂,考察了添加剂含量、载荷对试样在液体石蜡基础油中摩擦学性能的影响,用XPS对磨斑表面进行了分析.结果表明,以羟乙基油酸咪唑啉与硼酸摩尔比为3:1合成的硼酸三元酯添加剂以2.0%(质量分数)加入到液体石蜡中具有优良的减摩抗磨效果,但其极压性能不理想;磨斑表面主要形成有机边界润滑膜,没有生成B2O3和BN,在高载荷下油膜脱落或破裂,磨斑表面B的含量很低;添加剂没有和金属表面发生摩擦化学反应,推测添加剂的摩擦学性能可能与其分子极性和分子量有关.     

二-(N-苯基乙酰胺基)黄原酸二醇酯的合成及其摩擦学性能

为了找到既环保又具有优良抗磨抗氧化性的极压添加剂,合成了3种新型无灰无磷环境友好型润滑油添加剂二-(N-苯基乙酰胺基)黄原酸二醇酯.采用1H NMR,13C NMR,IR,UV和元素分析对其结构进行了表征,在热重分析仪上考察了其热稳定性能,利用四球机考察了其作为添加剂在液体石蜡中的承载能力和添加剂浓度、摩擦时间以及载荷对抗磨性能的影响,对摩擦表面进行了SEM(带EDS)分析.结果表明,3种添加剂的热稳定性能良好,均可以明显改善液体石蜡的承载能力和抗磨性能,其机理是在摩擦过程中发生摩擦化学反应,生成了含硫的保护膜.     

二烷基二硫代氨基硼酸酯的摩擦学性能

探讨二烷基二硫代氨基硼酸酯的抗磨减摩性能。合成了一种新型含硫含氮硼酸酯挤压抗磨添加剂(CNSB)。将合成的有机含硫含氮硼酸酯按比例加入到基础油T100中,制成润滑油样。利用四球摩擦磨损试验机考察各油样的抗磨减摩性能,利用扫描电子显微镜观察磨斑表面形貌。对多组样品的磨斑直径、摩擦系数、最大无卡咬负荷、磨斑表面形貌进行对比,探究二烷基二硫代氨基硼酸酯的抗磨减摩性能和机理。伴随着添加剂CNSB质量分数增加,磨斑直径、摩擦系数迅速减小,最大无卡咬负荷明显增加。添加1.5%CNSB的油样磨斑直径下降了28.95%;添加2.0%CNSB的油样摩擦系数下降了34.48%;添加2.0%CNSB的油样的最大无卡咬负荷增加了539N。在摩擦过程中,合成的CNSB发生分解反应,出现的活性S元素和少量的N、B元素,形成润滑保护薄膜,从而起到了抗磨减摩作用。     

3种三嗪类添加剂及其与ZDDP复配后的抗磨性能

合成了3种三嗪酰基类抗磨添加剂:ZDION,ZOO和ZOS,并用四球机考察了它们作为单剂及其与二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)复配后在矿物油基础油中的抗磨损性能.结果显示:在较低负荷(＜392N)下,1.5%ZOO基础油样中试样的抗磨性能与含1.5%ZDDP基础油样的都相当,在较高负荷(≥392 N)下,ZOO的抗磨性能比ZDDP稍好;ZOS与ZDION的抗磨性能不及ZDDP.3种合成添加剂分别与ZDDP复配后,其抗磨性能比各单剂及ZDDP均优异.采用扫描电子显微镜(SEM)对磨斑的表面形貌进行了分析.     

可生物降解型哌嗪衍生物的摩擦学性能

为了研究新型哌嗪衍生物的可生物降解性和摩擦学性能,设计合成了环保型润滑油添加剂1,4-双(二硫代甲酸乙酰乙胺)哌嗪(DAP)。采用元素分析和红外光谱进行结构表征,考察了其热稳定性能、可生物降解性和在液体石蜡油(LP)中的极压抗磨性能,利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了钢球的磨损表面形态。结果表明:合成的化合物热稳定性能好并具有良好的可生物降解性;化合物添加到LP中后具有很好的极压抗磨性能,并在摩擦过程中发生了化学吸附及摩擦化学反应,在摩擦区域金属表面上形成了一层复杂边界润滑膜,从而起到了良好的抗磨减摩的作用。     

纳米铜润滑油添加剂的摩擦学特性及其自修复机理

为了评价纳米铜添加剂对摩擦副的减摩和自修复性能,采用液相化学还原法合成了二烷基二硫代磷酸(HDDP)修饰纳米铜微粒,利用四球摩擦磨损试验机分析了不同载荷条件下纳米铜添加量对摩擦系数、磨斑直径等摩擦学性能影响,采用扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了磨痕形貌及其化学成分组成,并通过纳米压痕测试技术测量铜膜硬度及弹性模量。结果表明:纳米铜添加量为0.4%(质量分数)时减摩效果最佳,磨斑直径和摩擦系数明显下降,比未添加纳米铜的降低了23.0%~27.2%和15.1%~24.9%。摩擦过程中纳米铜微粒在摩擦表面形成化学沉积膜,铜膜的纳米硬度为1.63 GPa,弹性模量为78.08 GPa,表现出优良的抗磨减摩性能。     

SiO2／SnO2复合纳米粒子的制备及其在菜籽油中的摩擦学性能

采用化学方法制备了SiO2／SnO2复合纳米添加剂,在四球摩擦磨损试验机上考察了其在菜籽基础油中的抗磨减摩性能。用扫描电子显微镜观察分析钢球磨斑表面的形貌,同时通过对钢球磨痕表面进行X-射线光电子能谱分析,探讨了SiO2／SnO2复合纳米添加剂的抗磨减摩机理。结果表明：SiO2／SnO2复合纳米添加剂具有优良的减摩抗磨性能,其润滑作用机理是因为SiO2／SnO2复合纳米添加剂在摩擦表面沉积并在接触区的高温高压作用下熔融铺展,形成低剪切强度的表面膜,由于这层膜的剪切强度比较低,可以减少摩擦界面的粘着磨损,故表现出良好的减摩抗磨性能。     

脂肪酰基氨基酸在矿物润滑油中的摩擦磨损特性

通过摩擦磨损试验研究了月桂酰基谷氨酸、月桂酰基甘氨酸和月桂酰基丙氨酸对HVI350矿物润滑油摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了磨斑表面形貌和表面膜化学特征。结果表明,在一定浓度范围内,三种脂肪酰基氨基酸均可改善矿物润滑油的抗磨减摩性能,其抗磨减摩机制是氨基酸在摩擦表面形成具有抗磨减摩作用的吸附膜和摩擦化学反应膜。     

Cu纳米颗粒添加体的[BMIm]NTf_2离子液体法制备及其摩擦学性能

用离子液体法制备Cu纳米颗粒并将其用于摩擦学研究优于常用的方法,以往对此报道不多。通过微波辐射合成了1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺{[BMIm]NTf2}离子液体,利用化学还原法分别在水溶液和[BMIm]NTf2中制备了Cu纳米颗粒,采用XRD,TEM,TG和DTA对其结构进行了表征;将2种纳米Cu颗粒溶于N68基础油中,采用四球摩擦磨损试验机对2种纳米Cu添加体的摩擦学性能进行了试验,并对磨痕表面进行了SEM分析。结果表明:[BMIm]NTf2离子液体中制备的Cu纳米颗粒为面心立方结构,粒径为3～25nm,能够显著改善N68基础油的抗磨减摩性能;与水溶液中制备的纳米Cu添加体相比,其摩擦系数下降了24.6%,钢球磨斑直径下降了18.8%,PB值提高了16.4%。     

纳米坡缕石/铜复合材料对钢球摩擦副的摩擦学性能

采用化学还原法和球磨共混添加法制备了纳米坡缕石/铜（P/Cu）复合材料,采用粒度分析仪和透射电子显微镜（TEM）对复合纳米粒子的粒度和形貌进行表征。利用四球摩擦磨损试验机考察了不同纳米P/Cu添加量和不同P与Cu配比的复合粉体作为润滑油添加剂对高副钢球摩擦副的摩擦学性能,利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）对摩擦表面进行形貌、元素性能分析。结果表明,所制备的纳米P/Cu粒径基本小于100 nm,分散稳定性良好,在纳米P/Cu为1wt%且P：Cu＝3：1（质量比）添加量下表现出最优的摩擦学性能,其钢球磨斑直径比基础油的减小了20.7%。纳米P/Cu可在摩擦表面生成含Mg、Al、Si和Cu等元素的自修复膜,补偿摩擦磨损且使摩擦表面变光滑。     

层状硅酸盐润滑材料对铁基摩擦副的自修复效应

采用机械球磨法制备了一种层状硅酸盐润滑材料,利用往复摩擦磨损试验机评价了其作为润滑油添加剂对45钢摩擦副的自修复效应,借助扫描电子显微镜（SEM）、能量色散谱仪（EDS）及纳米硬度仪（Nano-hardness indenter）对自修复层进行了表征,探讨了其减摩抗磨及自修复机理。结果表明,层状硅酸盐微粉作为润滑油添加剂具有良好的减摩抗磨及自修复性能,尤其在50N、1.0m/s时,其摩擦因数及质量磨损率分别较基础油降低约49.6%和83.8%。添加剂与摩擦表面发生了复杂的理化作用,诱发形成了较为连续的＂多孔＂氧化膜自修复层,厚度约为1.08μm;表面较为光滑平整,主要由Fe、C、O及微量的Mg、Si等元素构成,具有较高的硬度,有效地降低了摩擦磨损。     

三维编织碳/环氧复合材料的摩擦磨损性能研究

采用RTM工艺制备了不同纤维体积比的三维编织碳／环氧（C3D／EP）复合材料。采用MM－200摩擦磨损试验机对其摩擦磨损特性进行了研究,并对C3D／EP复合材料的磨损机理进行了分析。结果表明,纤维体积比载荷和滑动速度对复合材料的摩擦系数和磨痕宽度均有明显的影响;C3D／EP复合材料的磨损机理主要为疲劳磨损和粘着磨损,当载荷或速度较小时,以疲劳磨损为主,反之则以粘着磨损为主。     

纳米金属/层状硅酸盐复合润滑添加剂的摩擦学性能

采用机械化学法制备了纳米铜/蛇纹石复合润滑材料,利用微动摩擦磨损试验机考察了其作为润滑油添加剂的摩擦学性能,借助纳米压痕仪（nano-in-denter）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散谱仪（EDS）及光电子能谱仪（XPS）对磨损表面进行了表征,探讨了减摩抗磨机理。结果表明复合润滑材料具有优异的摩擦学性能,其摩擦因数及磨损率分别较基础油降低约16.4%和69.2%。复合润滑剂颗粒参与了摩擦界面复杂的理化作用,形成了致密光滑的保护膜,主要由Fe、Si等元素组成,具有较高的微观力学性能,提高了摩擦表面的磨损抗力,显著地降低了摩擦磨损。     

触变剂对硅油基磁流变液摩擦磨损性能的影响

选择高岭土和纳米二氧化硅为触变剂,考察了触变剂类型及含量对硅油基磁流变液的摩擦磨损性能的影响,记录了摩擦系数随时间的变化曲线,测量了磨斑直径,采用SEM观察了磨斑的表面形貌,分析了磨损机理。结果表明,纳米二氧化硅在磁流变液中的抗磨性能优于高岭土。随着二氧化硅含量的增加,磁流变液的润滑性能变差,而磁流变液的抗磨性能在二氧化硅含量为1%时出现最佳值。硅油基磁流变液的磨损机理为三体磨粒磨损,触变剂的加入对磁流变液的磨损形式没有影响,但改善了磨损环境。     

Effect of Nano Hexagonal Boron Nitride Lubricant Additives on the Friction and Wear Properties of AISI 4140 Steel

The aim of this study was to investigate the effects of nano hexagonal boron nitride(hBN) particles on the friction and wear properties of AISI 4140 steel material when the hBN particles are used as an oil additive. Nano hexagonal boron nitride powders, which were produced using a special process, were dispersed in engine oil (SAE10 W) to enhance lubrication. The amount of nano hexagonal boron nitride in the engine oil was varied from 0 to 10% by volume, and four different lubricant samples were prepared. Wear tests were conducted using ball-on-disc geometry. The worn surfaces of substrates were analyzed using scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive x-ray spectroscopy (EDS). The experiments showed that the nano hexagonal boron nitride particles that were used as an oil additive affected the friction and wear behavior. A 14.4% improvement in the friction coefficient and a 65% decrease in the wear rate were achieved through the use of the nano hBN as an oil additive.     

Selection of ceramics for methanol fuel injector plungers based on tribological characteristics when coupled with 4140 steel

This research seeks to increase the working life of methanol fuel injectors by substituting wear- and corrosion-resistant ceramics for the current materials of construction. Because information on the tribological properties of ceramics in methanol is scarce, experiments were performed to characterize the dynamic friction and wear behavior of 11 oxides, nitrides and carbides against nitrided 4140 steel using a reciprocating test machine. The results are compared to baseline tests performed with typical injector construction materials (nitrided 51501 steel and nitrided 4140 steel) that have experienced early wear using methanol fuel. The tribological performance was characterized through measurements of the friction coefficient, mass loss, gross dimensional change and the roughness of the wear scar and by examinations with a scanning electron microscope. All of the ceramics were wear resistant, but many caused severe wear on the 4140 steel. A boron carbide and a nickel-bonded titanium carbide exhibited the best tribological characteristics.