【摘要】：近些年來隨著人們對能源利用要求的進(jìn)一步提高,水作為潤滑劑用于工業(yè)作業(yè)領(lǐng)域引起了很大的關(guān)注。但是水在使用時存在潤滑性能和防銹防腐性能不足的缺點(diǎn),這些問題限制了水基潤滑劑的使用,因此有必要研究高性能的水基潤滑添加劑來改善水基潤滑劑的性能。納米材料作為潤滑添加劑時表現(xiàn)出了良好的摩擦學(xué)性能,其中銅納米微粒作為油溶性潤滑添加劑時表現(xiàn)出優(yōu)異的減摩抗磨及極壓性能�；阢~納米微粒自身的優(yōu)點(diǎn),本文設(shè)計合成表面修飾銅納米微粒作為水溶性潤滑添加劑,以此解決水作為潤滑劑時潤滑性能不足及腐蝕性強(qiáng)的問題。為解決銅納米微粒在水中易氧化及分散穩(wěn)定性問題,選用具有良好水溶性的大分子作為修飾劑,通過對其功能化,使其化學(xué)修飾于銅納米微粒表面,賦予銅納米微粒在水中良好的分散穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。所選大分子如聚乙二醇和氧化石墨烯,可與銅納米微粒形成復(fù)合材料,并在作為水基添加劑時發(fā)揮協(xié)同作用,表現(xiàn)出優(yōu)良的減摩抗磨作用。同時考察了大分子修飾銅納米微粒作為水基添加劑的抗腐蝕性能,結(jié)果表明大分子修飾銅納米微粒的加入,降低了水的腐蝕性。具體如下:(1)聚丙烯酸修飾銅納米微粒的制備及其作為水溶性潤滑添加劑的摩擦學(xué)性能研究采用水溶性高分子聚丙烯酸鈉(PAAS)為修飾劑,以氫氧化銅為銅源,80%水合肼為還原劑,制備了聚丙烯酸修飾的銅納米微粒,并考察了其分散在蒸餾水中的摩擦學(xué)性能。采用X射線能譜儀(EDS)、X射線光電子能譜儀(XPS)分析磨斑上的元素及其價態(tài);鋼球磨斑表面的形貌利用掃描電子顯微鏡(SEM)、三維形貌輪廓儀進(jìn)行分析,探究摩擦機(jī)制。同時按照國標(biāo)考察銅納米微粒作為水基添加劑的抗腐蝕性能。結(jié)果表明聚丙烯酸修飾的銅納米微粒在蒸餾水中具有良好的分散性,這是利用了高分子的空間位阻,防止了銅納米微粒的團(tuán)聚。聚丙烯酸修飾銅納米微粒作為水基添加劑時,與蒸餾水相比,在添加量為1wt%時,摩擦系數(shù)和磨斑直徑分別降低30%和18%,最大無卡咬載荷(P_B值)和最小燒結(jié)載荷(P_D值)分別由低于88 N和1190 N提高到127 N和1960 N。與市場化切削液對比,不同載荷下磨斑直徑最多降低7%,可以使P_D值由1568 N提高到1960N。對鋼球磨斑進(jìn)行EDS、SEM、XPS分析可知,含有銅納米微粒的蒸餾水潤滑下,在鋼球磨斑上形成了少量含銅及鐵的氧化物的潤滑膜,改善了蒸餾水的潤滑性能,提高了蒸餾水的極壓性能。腐蝕實(shí)驗結(jié)果表明聚丙烯酸修飾的銅納米微粒加入,降低了蒸餾水的腐蝕性。(2)聚乙二醇黃原酸修飾銅納米微粒的制備及其作為水溶性潤滑添加劑的摩擦學(xué)性能研究聚乙二醇作為一種水溶性高分子,其本身是一種水基潤滑劑。本章對聚乙二醇進(jìn)行改性并作為修飾劑,制備了聚乙二醇黃原酸修飾的銅納米微粒。采用透射電子顯微鏡(TEM)對制備的銅納米微粒進(jìn)行表征,考察了其作為蒸餾水的潤滑添加劑的摩擦學(xué)性能。利用三維形貌輪廓儀和掃描電子顯微鏡(SEM)分析磨斑表面形貌,鋼球表面磨斑上的元素及價態(tài)分析采用X射線光電子能譜儀(XPS),同時探究其摩擦機(jī)制。按照國標(biāo)考察銅納米微粒作為水基添加劑的抗腐蝕性能。結(jié)果表明當(dāng)銅納米微粒含量為0.5wt%時,與蒸餾水相比,摩擦系數(shù)和磨斑直徑分別降低79%和27%,最大無卡咬載荷(P_B)提高到206 N,最小燒結(jié)載荷(P_D)提高到3087 N,添加量為2wt%時,P_B、P_D值分別提高到274 N和7840 N。SEM和XPS結(jié)果表明在鋼球磨斑表面形成了主要含有銅及硫化亞鐵的摩擦膜,它的存在可以使摩擦接觸壓減小,同時將鋼-鋼接觸面分隔開來,從而起到提高蒸餾水潤滑性能的作用。銅納米微粒加入到蒸餾水中,可以降低蒸餾水的腐蝕性。(3)巰基化氧化石墨烯修飾銅納米微粒的制備及其作為水溶性潤滑添加劑的摩擦學(xué)性能研究基于氧化石墨烯二維層狀結(jié)構(gòu),良好的水溶性和一定的減摩抗磨性,通過對氧化石墨烯進(jìn)行巰基功能化來修飾銅納米微粒,制備了改性氧化石墨烯修飾的銅納米微粒(GO-Cu復(fù)合材料)。采用四球摩擦試驗機(jī)考察巰基功能化氧化石墨烯修飾銅納米微粒作為水基添加劑的摩擦學(xué)性能和極壓性能。采用SEM、三維形貌儀分析磨斑的形貌,利用XPS、X射線能譜儀(EDS)分析鋼球磨斑表面的元素組成及其價態(tài),進(jìn)而探究摩擦機(jī)理。按照國標(biāo)考察GO-Cu納米復(fù)合材料作為水基添加劑的抗腐蝕性能。結(jié)果表明改性氧化石墨烯修飾的銅納米微粒分散在蒸餾水中,具有良好的分散性,當(dāng)添加量為0.6wt%時可以使蒸餾水的P_B值由低于88 N提高到333 N,P_D值由1190 N提高到4900 N,摩擦系數(shù)和磨斑直徑分別降低41%和31%。與市場化切削液對比,隨著載荷變化,摩擦系數(shù)最大降低50%,P_B值和P_D值分別由303 N和1568 N提高到333 N和4900 N。GO-Cu納米復(fù)合材料的添加量為1wt%,P_B值和P_D值可以達(dá)到431 N和7840 N。經(jīng)過SEM、EDS、XPS分析鋼球磨斑可知,在鋼球磨斑上形成了Cu、FeS_2及含氮有機(jī)物組成的摩擦膜,在改善蒸餾水的摩擦學(xué)性能以及極壓性能方面起到了作用。腐蝕實(shí)驗結(jié)果表明GO-Cu納米復(fù)合材料作為水基添加劑,可以降低蒸餾水的腐蝕性。
【圖文】：

圖 2-4 聚丙烯酸修飾銅納米微粒的 TEM 及分散在蒸餾水中的光學(xué)圖片圖 2-4 為聚丙烯酸修飾銅納米微粒的 TEM 及銅納米微粒分散在蒸餾水的光學(xué)學(xué)圖片可以看到聚丙烯酸修飾的銅納米微粒在蒸餾水中具有良好的分散性，透明制備的銅納米微粒分布均勻，沒有發(fā)生團(tuán)聚，平均粒徑為 4 nm 左右，這是

圖 2-11 不同潤滑體系下的鋼球磨斑的三維形貌圖（載荷：50 N；轉(zhuǎn)速：1450 rpm）圖 2-11a、圖 2-11b、圖 2-11c 分別為蒸餾水、蒸餾水含聚丙烯酸鈉、蒸餾水含 1wt%銅納米微粒潤滑體系下的鋼球磨斑三維形貌圖(放大倍數(shù)均為 5x)。載荷為 50 N 下，從圖 2-11b 可以看到，加入聚丙烯酸鈉后，比蒸餾水體系的磨斑直徑有所降低；從圖 2-11
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH117.1;TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

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4 龔斌;陳波水;;納米硼酸鑭在水溶液中的摩擦學(xué)性能[J];合成潤滑材料;2008年01期

5 朱磊;江紅;朱紅;王濱;;納米氧化鋅的表面修飾及其摩擦學(xué)行為研究[J];寧夏大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年02期

6 吳超;賈曉鳴;高亞男;;含硼水基潤滑劑的制備及其性能研究[J];潤滑與密封;2007年01期

7 張秀玲,王寶中,孫曉然,高筠,賈曉鳴;聚甲基丙烯酸酯含硼水基潤滑劑的合成[J];河北理工學(xué)院學(xué)報;2002年04期

8 王小軍,孫榮生,趙秀珍,王變紅;發(fā)展中的水基切削液將是乳化油的替代產(chǎn)品[J];機(jī)械管理開發(fā);2002年02期

9 萬福成,姚莉,高永建,張治軍;烷基咪唑啉硼酸酯與常用切削液添加劑的配伍性能研究[J];化學(xué)研究;2000年03期

10 賈曉鳴,張秀玲;水溶性復(fù)合磷酸酯添加劑抗磨性能研究[J];潤滑與密封;1999年04期

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本文編號：2708673