【摘要】：隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展,已有潤(rùn)滑油脂產(chǎn)品已無(wú)法滿(mǎn)足新型機(jī)械設(shè)備和苛刻工況的要求。固體潤(rùn)滑添加劑可以有效地改善潤(rùn)滑油脂的承載力、抗磨和減摩性能,彌補(bǔ)潤(rùn)滑油脂在苛刻條件下使用的缺陷。金屬硫化物是一類(lèi)重要的固體潤(rùn)滑添加劑,其中二硫化鉬在極壓、減摩和抗磨方面具有優(yōu)良的性能,已被廣泛應(yīng)用于多種潤(rùn)滑劑產(chǎn)品。但鉬元素屬于稀散元素,隨著全球資源的可持續(xù)性發(fā)展,需要不斷研發(fā)自然界元素儲(chǔ)量豐沛且潤(rùn)滑性能優(yōu)良的固體潤(rùn)滑添加劑來(lái)補(bǔ)充和豐富現(xiàn)有的潤(rùn)滑劑產(chǎn)品,以滿(mǎn)足多種工況的需求。ZnS是一種用途廣泛的金屬硫化物材料,目前ZnS作為固體潤(rùn)滑劑的研究主要包括涂層和潤(rùn)滑油,在潤(rùn)滑脂中的研究還鮮有報(bào)道。本文針對(duì)潤(rùn)滑脂固體添加劑對(duì)材料粒徑和形貌的要求,分別合成了層狀ZnS·(en)_(0.5)材料(ethylenediamine,簡(jiǎn)寫(xiě)en)、微米片ZnS和微米球ZnS材料。選用四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)和高頻往復(fù)SRV-V摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)所合成材料作為鋰基潤(rùn)滑脂固體潤(rùn)滑添加劑的摩擦學(xué)性能進(jìn)行了研究,并采用SEM、EDS、3D白光干涉儀及XPS對(duì)摩擦副磨損表面進(jìn)行分析表征。主要研究和結(jié)論如下:1、在氯化鋅-硫粉-乙二胺體系下,制備粒徑為3~5μm的微米片ZnS·(en)_(0.5)(Zn S·(en)_(0.5)-片),并用煅燒方法制備了粒徑和形貌與ZnS·(en)_(0.5)一致的微米片ZnS(ZnS-片),在硝酸鋅-硫脲-二乙烯三胺-水體系下,制備粒徑為3~5μm(由100~300 nm納米片堆積而成)的微米球ZnS(ZnS-球)。2、選用四球摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)研究Zn S·(en)_(0.5)-片和ZnS-片的摩擦學(xué)性能。研究結(jié)果表明,ZnS·(en)_(0.5)和ZnS均能提高基礎(chǔ)脂的承載力和極壓性能,5.0 wt.%ZnS·(en)_(0.5)的P_B值和P_D值分別為882 N和1568 N;5.0 wt.%ZnS的P_B值和P_D值分別為1372 N和1961 N。ZnS在改善基礎(chǔ)脂的承載能力和極壓性能方面優(yōu)于ZnS·(en)_(0.5)。在高載低速392 N-300 rpm-120 min條件下,ZnS·(en)_(0.5)脂和ZnS脂的磨斑直徑WSD值為0.53 mm和0.78 mm;在高載高速490 N-1450 rpm-120 min條件下,ZnS·(en)_(0.5)脂和ZnS脂的WSD值為0.88 mm和1.03 mm,ZnS·(en)_(0.5)在抗磨性能方面明顯好于ZnS。3、從鋼球磨斑表面的SEM、3D圖片可以看出,ZnS·(en)_(0.5)脂的鋼球磨斑表面與ZnS脂相比犁溝少且劃痕淺。由XPS分析結(jié)果可知,在滑動(dòng)過(guò)程中,ZnS·(en)_(0.5)和ZnS均與鋼球表面發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng),形成摩擦化學(xué)反應(yīng)膜。從晶體結(jié)構(gòu)分析,由于ZnS·(en)_(0.5)層間柱撐乙二胺,在受到擠壓時(shí),層板與層板之間有一定的伸縮彈性的空間,層間易剪切,增強(qiáng)了ZnS·(en)_(0.5)抗磨性能;ZnS晶體中的Zn離子和S離子是緊密相連在一起的,在受到擠壓時(shí),層間不如ZnS·(en)_(0.5)易滑動(dòng),因此抗磨性能不如ZnS·(en)_(0.5);但離子間的緊密結(jié)合使得ZnS的承載能力優(yōu)于ZnS·(en)_(0.5)。因此,ZnS·(en)_(0.5)和ZnS晶體結(jié)構(gòu)的不同是造成這兩種材料的潤(rùn)滑性能差異的主要原因。4、選用高頻往復(fù)SRV-V摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)研究ZnS-球和ZnS-片的摩擦學(xué)性能。研究結(jié)果表明,在頻率50 Hz,載荷300~600 N條件下,ZnS-球脂的鋼盤(pán)體積磨損量在(5.72~13.83)±0.57×10~(-4) mm~3之間波動(dòng),ZnS-片脂在(21.46~182.90)±2.15×10~(-4) mm~3之間波動(dòng)。在載荷300 N,頻率20~50 Hz條件下,ZnS-球脂的鋼盤(pán)體積磨損量在(4.99~7.58)±0.50×10~(-4)mm~3之間波動(dòng),ZnS-片脂在(4.57~22.05)±0.46×10~(-4) mm~3之間波動(dòng)。在相同的試驗(yàn)條件下,隨著載荷或頻率的提高,ZnS-球脂都保持了穩(wěn)定且較低的磨損量,抗磨性能優(yōu)于ZnS-片脂。5、下試件鋼盤(pán)磨痕表面的SEM和3D表面分析表明,ZnS-球脂磨痕表面犁溝少且平滑,ZnS-片脂磨痕表面犁溝較多且劃痕深。在高頻往復(fù)運(yùn)動(dòng)中,ZnS-球顆粒能夠像滾珠一樣快速填充到鋼球與鋼盤(pán)的間隙中間,減少了摩擦副之間的直接接觸,降低了磨損量。在高載荷往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí),由于ZnS-球是由納米片堆積而成,部分ZnS-球會(huì)被擠壓成納米片,能夠及時(shí)填充到摩擦副凹凸表面,對(duì)摩擦副起到保護(hù)作用。對(duì)于微米片ZnS-片顆粒,在高頻率往復(fù)運(yùn)動(dòng)中,不能快速滑移到摩擦副接觸表面,只有很少部分在摩擦副表面,造成磨損量隨著載荷和頻率的增大而增高。
【圖文】：

圖 1-1 納米管二硫化鉬的潤(rùn)滑機(jī)理示意圖[23]Fig. 1-1 Lubrication mechanism of nanotube MoS2兵等[24]利用有機(jī)溶劑油胺（OAm）對(duì) MoS2進(jìn)行剝層處理，，并獲得超薄液（Synthetic MoS）。將 OAm 與 MoS合成液分別置于第 V 類(lèi)基礎(chǔ)

1-2 MoS2合成液、油胺、基礎(chǔ)油與商品機(jī)械用油的摩擦學(xué)性能[24]：（a）動(dòng)態(tài)摩擦曲線(xiàn)圖（b）下試盤(pán)磨損量，（c）上試球磨損量和（d）最大承載力g.1-2 Tribological Properties of the synthetic ultrathin MoS2sheet-containing lubricant, OAm,l, and a commercial engine oil: (a) COF during the tests, (b) wear volume on disks, (c) diamete
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TH117.22

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本文編號(hào)：2591525