稀土配合物的摩擦学研究

为开拓稀土化合物在摩擦学中的应用这一新领域,研制了硫配位和氧配位的含稀土元素La、Pr、Sm、Eu、Gd等的稀土化合物作为润滑油的抗磨减摩添加剂。采用质谱、核磁共振波谱、红外光谱、紫外光谱等方法,对两类稀土化合物进行了结构表征。研究表明,所研制的稀土化合物具有优异的油溶性、抗氧抗腐性和抗磨减摩性能,在润滑油中具有巨大的应用潜力。稀土化合物的润滑性能表现出一定的规律,即对六方晶系的稀土金属而言,其六方晶系的晶轴c越长,相应稀土化合物的抗磨减摩性能就越好。采用俄歇电子能谱(AES)、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线光电子能谱(XPS)等方法,对稀土化合物的抗磨减摩机理进行了系统的研究,结果发现,稀土化合物具有优异抗磨减摩性能的主要原因来自两方面:一是在摩擦表面生成含稀土元素的多相表面润滑保护膜提高减摩性能;二是在摩擦亚表面形成稀土摩擦扩散层,使金属摩擦副材料的硬度提高,耐磨性能改善。研究还发现,在摩擦过程中,稀土元素可促进含硼元素的润滑添加剂中硼元素向金属摩擦副材料基体内扩散,增大摩擦渗硼层的厚度和硬度。在此基础上提出并论证了“稀土摩擦扩散”和“稀土摩擦催渗硼”的新观点,实现了“原位摩擦化学处理和化学热处理在本质上异曲同工”的基本设想,丰富了摩擦学理论体系     

纳米硼酸铝添加剂的制备、表征及其在水溶液中的摩擦学性能

采用沉淀法合成了粒径为30～50 nm硼酸铝纳米微粒,用透射电镜、热分析仪、FT-IR光谱仪对其进行了结构表征,并用四球摩擦试验机上考察了其在水介质中的摩擦学行为,用电子扫描电镜考察了磨损表面的形貌.结果表明:硼酸铝纳米微粒作为水基添加剂能显著提高纯水的承载能力和抗磨减摩性能.结合X射线光电子能谱分析可推断添加剂的作用机制是添加剂在摩擦过程中发生了摩擦化学反应,并在摩擦副表面生成了含Al2O3,B2O3,FeO和Fe2O3的复合润滑膜,有效地提高了纯水的抗磨减摩性能.     

表面修饰硼酸镁纳米微粒的制备及其在水中的润滑性能

用化学沉淀法制备了油酸三乙醇胺修饰的硼酸镁纳米微粒,并用透射电子显微镜、X射线衍射仪和红外光谱仪等对微粒进行了表征;采用四球摩擦磨损试验机研究了其在水溶液中的润滑,用扫描电子显微镜观察了磨斑表面形貌,用X射线光电子能谱分析了磨斑表面的化学成分。结果表明:所制备的硼酸镁纳米微粒粒径为40~60 nm,并且表面修饰剂与纳米微粒发生了化学反应;纳米微粒在摩擦副表面形成了一层润滑膜;在摩擦副表面检测出镁、硼、铁等的氧化物,这些氧化物保护膜起到良好的润滑作用。     

硫酸钙晶须作为润滑脂添加剂的摩擦学性能

通过四球摩擦磨损实验,考察了不同粒径、不同添加量的硫酸钙晶须在锂基润滑脂中的摩擦学性能,应用光学显微镜观察钢球磨斑表面。结果表明,在一定的摩擦学环境下,添加质量分数3%的球磨6 h的硫酸钙晶须能够显著提高锂基润滑脂的抗磨减摩性能。     

Preparation and tribological properties of lanthanum-doped TiO2 nanoparticles in rapeseed oil

Oleic acid (denoted as OA) surface-capped lanthanum-doped titanium dioxide composite nanoparticles,abbreviated as OA/La-TiO2,were prepared via sol-gel method in association with surface modification by oleic acid.The microstructure of as-prepared OA/La-TiO2 was characterized by means of X-ray diffraction,scanning electron microscopy and Fourier transform infrared spectrometry,and their thermal stability was evaluated by thermogravimetry and differential scanning calorimetry.Moreover,the tribological properties of OA/La-TiO2 as lubricant additives in rapeseed oil were evaluated with a four-ball friction and wear tester.The morphology as well as elemental composition and chemical characteristics of worn steel surfaces was investigated by scanning electron microscopy,energy dispersive X-ray spectrometry and X-ray photoelectron spectroscopy.Results showed that as-prepared OA/La-TiO2 particles were of spherical shape and had an average diameter of 20 nm.In the meantime,OA/La-TiO2 particles doped with 1.5% (molar ratio;the same hereafter) and 2.5% of lanthanum could markedly improve the anti-wear and friction-reducing capacities of rapeseed oil.This is attributed to the formation of a complex boundary lubrication film mainly composed of the oxides of iron,titanium and lanthanum as well as the formation of an adsorption film of oleic acid on steel sliding surfaces.     

基于热重分析法的油酸甲酯热解特性及动力学

利用热重分析仪对油酸甲酯和硬脂酸甲酯的热解特性进行了研究,获得了油酸甲酯在不同升温速率（10、15、20、30℃/min）条件下TG-DTG-DSC曲线,并通过热分析数学方法获得热解动力学拟合参数。结果表明,油酸甲酯的热解过程为简单的一步分解,相比硬脂酸甲酯具有较差的热安定性;提高升温速率热解区间往高温区移动,热解活化能和指前因子呈现出较好的补偿效应,发现油酸甲酯在不同升温速率下具有不同的热解反应机理函数。     

磁场对含丁辛基二硫代磷酸锌润滑油的润滑增效作用

在四球摩擦磨损试验机的摩擦接触区域外加磁场,考察了有、无磁场作用下150SN基础油和含不同质量分数的丁辛基二硫代磷酸锌（T202） 润滑油的摩擦学特性。用扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱仪（XPS）分析了磨斑的表面形貌和典型元素的化学状态,并讨论 了润滑机理。结果表明,磁场作用下含T202润滑油中钢球表面的磨斑直径及其摩擦系数均比无磁场时的小,且钢球表面的磨损程度与无 磁场时相比更轻微。XPS分析结果显示,含T202润滑油中的钢球表面形成了由FeSO4,FeS和ZnS等物质组成的摩擦化学反应膜,磁场作用 下钢球表面的O、S、Fe、Zn、P元素的相对原子含量均比无磁场时的高,从而推断磁场对含T202润滑油的润滑增效作用是磁场促进了摩擦化学反应膜的形成和磨损表面的改性引起的。     

疏水性硼酸镧纳米片的制备及其在菜籽油中的摩擦学行为

采用水热法制备了油酸修饰的硼酸镧纳米片,记为OA/ LaBO3?H2O,利用SEM、 TEM、EDS、 FTIR 和XRD对其微结构进行了表征,在四球摩擦试验机上评价了其在菜籽油中的摩擦磨损性能,并利用SEM与XPS对磨损表面的摩擦化学特征进行了研究。结果表明：硼酸镧呈纳米片结构,其直径为100 ～ 300 nm、厚度约为25 nm;OA/ LaBO3?H2O在菜籽油中显示了优异的分散稳定性,添加OA/ LaBO3?H2O的菜籽油能显著降低钢球的摩擦与磨损,当OA/ LaBO3?H2O的添加浓度为1%（质量浓度）时,菜籽油的减摩抗磨性能最佳。这是由于在摩擦表面形成了一层由B2O3、La2O3、Fe2O3摩擦化学反应物,OA/ LaBO3?H2O沉积物和菜籽油吸附物组成的边界润滑膜。     

磁场作用下基础油和含硫代磷酸铵盐润滑油的摩擦学特性

采用改进后的四球试验机考察在有、无磁场作用下150SN基础油和含硫代磷酸铵盐(T307)抗磨添加剂润滑油的摩擦磨损性能,并用扫描电子显微镜(SEM)观察磨斑的表面形貌,分析磁场、载荷和T307的添加量对润滑油摩擦学特性的影响。结果表明：以150SN基础油为润滑介质时,与无磁场作用时相比,磁场作用下的钢球磨斑直径较小、摩擦因数较大,即磁场作用可增强150SN基础油的抗磨性能、削弱其减摩性能;以含T307润滑油为润滑介质时,磁场作用下的钢球磨斑直径和摩擦因数均大于无磁场作用时的磨斑直径和摩擦因数,即磁场作用对含T307润滑油的抗磨性能和减摩性能都有不利影响;磁场作用会影响钢球表面膜的性质和状态,不利于T307与金属表面发生摩擦化学反应形成润滑膜。     

大豆油生物柴油低温流动改进剂研究

采用多功能低温性能测定仪和旋转牯度计考察烯烃-醋酸乙烯酯聚合物（VAE）、聚甲基丙烯酸酯（PMA）和乙烯-醋酸乙烯共聚物（PEV）三种低温流动改进剂对大豆油生物柴油低温流动特性及粘温特性的影响,采用偏光显微镜研究加剂前后生物柴油的低温晶态特征。结果表明,不同的低温流动改进剂对改善大豆油生物柴油低温流动性的效果不同,其中VAE可明显降低生物柴油的凝点和冷滤点。低温下,生物柴油表观粘度急剧增大,且形成三维网状结晶使生物柴油失去流动性．低温流动改进剂通过减缓生物柴油表观粘度的增大以及阻止网状结晶的形成,改善了生物柴油的低温流动性。