【摘要】：為了克服機(jī)械設(shè)備摩擦磨損造成的大量能源損失,延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命以及各種復(fù)雜工況的需求,探索潤(rùn)滑性能優(yōu)良、可長(zhǎng)時(shí)間使用、價(jià)格合理的潤(rùn)滑劑一直是摩擦學(xué)研究的主要課題。潤(rùn)滑脂是工業(yè)上經(jīng)常被應(yīng)用的潤(rùn)滑劑產(chǎn)品,目前鋰基潤(rùn)滑脂是潤(rùn)滑脂中用量最大的潤(rùn)滑脂,但鋰元素是地球賦存相對(duì)稀少的金屬元素。隨著鋰電池工業(yè)的迅猛發(fā)展,鋰元素的匱乏日漸凸顯,迫切需要尋找地球富存、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的元素來替代鋰元素用于潤(rùn)滑脂工業(yè)。鈣元素是地球上儲(chǔ)存豐富的元素,鈣基潤(rùn)滑脂是潤(rùn)滑脂中一類價(jià)格適中且用途廣泛的潤(rùn)滑脂。為了滿足潤(rùn)滑脂的應(yīng)用要求,需要在潤(rùn)滑脂中添加多種添加劑以改進(jìn)潤(rùn)滑脂本身所具有的性能。固體潤(rùn)滑添加劑可以有效地改善潤(rùn)滑脂的承載力、抗磨和減摩性能,彌補(bǔ)潤(rùn)滑脂在苛刻工況下使用的缺陷。前期研究發(fā)現(xiàn),層狀磷酸鋯材料作為鋰基潤(rùn)滑脂添加劑具有優(yōu)良的潤(rùn)滑性能,為了更加全面認(rèn)識(shí)層狀磷酸鋯作為固體潤(rùn)滑劑的性能,進(jìn)一步拓展其應(yīng)用范圍。本文以層狀α-磷酸鋯材料作為固體潤(rùn)滑添加劑,分別選用環(huán)烷基礦物油、合成油聚α-烯烴、植物油蓖麻油和椰子油作為基礎(chǔ)油制備無水鈣基潤(rùn)滑脂,采用SRV摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)α-ZrP在不同基礎(chǔ)油無水鈣基潤(rùn)滑脂中的潤(rùn)滑性能進(jìn)行了研究,并在相同試驗(yàn)條件下與經(jīng)典固體潤(rùn)滑添加劑二硫化鉬和石墨進(jìn)行對(duì)比研究,主要內(nèi)容和結(jié)論如下:1.以α-ZrP作為環(huán)烷基礦物油無水鈣基脂的固體潤(rùn)滑添加劑,3.0 wt%α-ZrP脂最大運(yùn)行載荷和最大運(yùn)行頻率分別為900 N、70 Hz;3.0 wt%MoS_2脂和3.0 wt%石墨脂最大運(yùn)行載荷和最大運(yùn)行頻率分別為700 N、40 Hz;在700 N-40 Hz-360 min高載高頻長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行條件下,α-ZrP脂、MoS_2脂和石墨脂鋼盤的體積磨損量(×10~(-4) mm~3)分別是44.45±3.37、44.59±4.30和62.49±6.19;磨斑寬度和磨斑深度分別是1.15 mm×12.39μm、1.22 mm×13.69μm和1.17 mm×15.13μm;與Mo S_2和石墨相比,α-ZrP脂的潤(rùn)滑性能受載荷、頻率和溫度變化影響微小,可長(zhǎng)時(shí)間平穩(wěn)運(yùn)行,具有穩(wěn)定且優(yōu)異的減摩抗磨性能。2.以α-ZrP作為合成油PAO8無水鈣基脂的固體潤(rùn)滑添加劑,3.0 wt%α-ZrP脂最大運(yùn)行載荷和最大運(yùn)行頻率分別900 N、70 Hz;3.0 wt%MoS_2脂、3.0 wt%石墨脂最大運(yùn)行載荷和最大運(yùn)行頻率分別為600 N、40 Hz。在600 N-40 Hz-360 min高載高頻長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行條件下,α-ZrP脂、MoS_2脂和石墨脂鋼盤的體積磨損量(×10~(-4) mm~3)分別是18.86±1.89、77.40±7.74和41.26±4.13;磨斑寬度和磨斑深度分別是0.75 mm×10.95μm、1.23 mm×18.51μm和0.98 mm×11.24μm。與MoS_2和石墨相比,α-ZrP脂的磨損量和摩擦系數(shù)是三種脂中最低的,且不受溫度的影響,而MoS_2脂和石墨脂的磨損量隨著溫度的升高都有升高,MoS_2脂變化尤為明顯。3.以α-ZrP作為蓖麻油無水鈣基潤(rùn)滑脂的固體潤(rùn)滑添加劑,3.0 wt%α-ZrP脂、3.0 wt%MoS_2脂和3.0 wt%石墨脂最大運(yùn)行載荷分別為1000 N、600 N和600 N;隨著載荷的增加,α-ZrP脂潤(rùn)滑下的鋼盤上的體積磨損量和對(duì)應(yīng)的平均摩擦系數(shù)都是最小的。在運(yùn)行載荷300 N下,MoS_2脂和石墨脂的磨損量隨著頻率的增大而增大,α-ZrP脂的磨損量在三種潤(rùn)滑脂最小。在300 N-30 Hz-360 min長(zhǎng)時(shí)間條件下,α-ZrP脂、MoS_2脂和石墨脂鋼盤的體積磨損量(×10~(-4) mm~3)分別是3.62±0.36、71.03±0.71和205.15±15.12;磨班寬度和磨斑深度分別是0.64 mm×1.00μm、1.03 mm×14.23μm和1.26mm×25.69μm。與MoS_2和石墨相比,α-ZrP脂在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中始終都保持了最低磨損量,具有穩(wěn)定且優(yōu)異的抗磨性能。4.以α-ZrP作為椰子油無水鈣基潤(rùn)滑脂的固體潤(rùn)滑添加劑,3.0 wt%α-ZrP脂、3.0 wt%Mo S_2脂和3.0 wt%石墨脂最大運(yùn)行載荷分別為1000 N、600 N和600 N;在運(yùn)行載荷300 N,30 Hz~60 Hz條件下,α-ZrP脂具有最小的體積磨損量。在300 N-30 Hz-360 min長(zhǎng)時(shí)間條件下,α-ZrP脂、MoS_2脂和石墨脂分別潤(rùn)滑下的鋼盤磨損量(×10~(-4) mm~3)分別是3.29±0.33、56.40±5.64和288.95±28.90;磨斑寬度和磨斑深度分別是0.72 mm×0.59μm、1.08 mm×10.42μm和1.41 mm×42.67μm。與MoS_2和石墨相比,α-ZrP脂在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過程中始終都保持了最低磨損量,具有穩(wěn)定且優(yōu)異的抗磨性能。利用SEM、EDS以及3D白光干涉儀對(duì)鋼盤磨痕表面分析發(fā)現(xiàn):α-ZrP脂的鋼盤磨痕表面犁溝少且淺,在摩擦副表面可以形成穩(wěn)定且致密的固體保護(hù)膜。
【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
【分類號(hào)】：TE624.83;TH117

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本文編號(hào)：2696376