【摘要】：在潤滑工程領(lǐng)域，潤滑油添加劑已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于各種潤滑油中，它們起 到了減小摩擦系數(shù)，降低磨損量甚至對(duì)摩擦表面損傷部位進(jìn)行修補(bǔ)的功能。盡管 潤滑油添加劑發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)發(fā)展更新了四代，但是現(xiàn)有的潤滑油添加劑都具 有明顯的不足，特別體現(xiàn)在對(duì)摩擦表面的修補(bǔ)作用上，這使得研究者們不斷的尋 找性能更加優(yōu)異的材料用于潤滑油添加劑。 近年來，納米材料的出現(xiàn)為潤滑油添加劑的發(fā)展提供了一個(gè)新的選擇。通過 研究發(fā)現(xiàn)，添加有納米顆粒的潤滑油在摩擦學(xué)性能上得到了顯著的提高。對(duì)納米 顆粒的減摩抗磨機(jī)理，大多數(shù)研究者認(rèn)為，納米顆粒在摩擦副間起到了墊片的作 用，另一些研究者提出，納米球形顆粒在摩擦面間存在微滾動(dòng)作用，變滑動(dòng)摩擦 為滾動(dòng)摩擦，減小摩擦系數(shù)。隨著試驗(yàn)研究的進(jìn)一步深入，更多的研究者發(fā)現(xiàn)， 納米顆粒可以沉積到摩擦表面的磨損部位，使摩擦表面得到修補(bǔ)。然而，到目前 為止，納米顆粒減摩抗磨以及修補(bǔ)作用的機(jī)理仍沒有得到系統(tǒng)的研究。 為了對(duì)納米金屬顆粒減摩抗磨機(jī)理做深入的研究，作者首先采用透射電子顯 微鏡、高分辨率透射電子顯微鏡觀察納米金屬顆粒的形貌；采用 X 射線衍射線 線寬法測量納米金屬顆粒的粒度；采用 TG－DTA 熱重差熱分析儀測量了納米金 屬顆粒的熱性能。 作者在摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上對(duì)添加有納米鋁顆粒的潤滑油的摩擦學(xué)性能進(jìn)行 了研究，并繪制出 Stribeck 曲線。通過對(duì)磨痕表面的 SEM（掃描電鏡）以及對(duì) 摩擦后潤滑油中納米金屬顆粒的 TEM（透射電鏡）的測試分析，本論文對(duì)納米 鋁顆粒在不同潤滑狀態(tài)下的減摩機(jī)理進(jìn)行了深入的討論，提出流體潤滑狀態(tài)下的 微滾動(dòng)作用和邊界潤滑狀態(tài)下的墊片作用導(dǎo)致了減摩效果的產(chǎn)生。 納米金屬顆粒對(duì)摩擦表面的修補(bǔ)作用是納米金屬顆粒作為潤滑油添加劑研 究中的基礎(chǔ)問題。本研究在載體油中加入了納米級(jí)金屬銅粉、鐵粉，在盤銷摩擦 磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)；對(duì)磨痕表面進(jìn)行 SEM 和 STM（掃描隧道顯微鏡）以及 EDS（能量色散譜儀）分析；對(duì)納米金屬顆粒進(jìn)行了熱模擬試驗(yàn)。通過分析，本 文提出了納米金屬顆粒在摩擦熱的作用下，發(fā)生局部熔化后沉積在摩擦表面的修 補(bǔ)機(jī)理。 作者還利用四球試驗(yàn)機(jī)分別對(duì)添加有納米鋁粉、錫粉以及 Al/Sn 金屬粉的潤 滑油進(jìn)行極壓和抗磨性能實(shí)驗(yàn)。采用 SEM 對(duì)摩擦表面進(jìn)行觀察，采用 EDS 對(duì)表 面進(jìn)行元素測定。本文通過對(duì)納米金屬顆粒的極壓抗磨機(jī)理的探討和分析得出錫 粉在低載荷下起抗磨劑作用，鋁粉在高載荷階段起極壓劑作用。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號(hào)】：TH117.2
【圖文】：

(h) 納米鐵顆粒 HRTEM 形貌(x1M)(h) HRTEM morphology of nano-iron particles (x1M)圖 2-1 納米金屬顆粒的透射電鏡照片F(xiàn)ig. 2-1 TEM morphologies of metal nano-particles金屬顆粒的粒度驗(yàn)采用 XRD 對(duì)納米金屬顆粒粒度進(jìn)行測量。射原理可知，物質(zhì)的 X 射線衍射峰與物質(zhì)內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)有有其特定的結(jié)構(gòu)參數(shù)（包括晶體結(jié)構(gòu)類型，晶胞大小，晶胞的位置和數(shù)目等）。通過分析待測試樣的 X 射線衍射峰，不僅成分，還能知道他們的存在狀態(tài)，同時(shí)根據(jù) X 射線衍射實(shí)驗(yàn)量分析、晶粒大小測定和晶粒的取向分析[38]。晶粒細(xì)化所引起的衍射峰展寬半高寬 (2θ)可以近似用謝樂 ( 2θ )=0.9×λ/(×cosθ)L

3.1 引言3.1.1 摩擦的定義兩個(gè)相互接觸的物體在外力作用下發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)（或具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢在接觸面間產(chǎn)生切向的運(yùn)動(dòng)阻力叫做摩擦力，這種現(xiàn)象叫做摩擦。摩擦在自然界里是普遍存在的[39~43]。摩擦消耗大量能量，例如，現(xiàn)代汽動(dòng)機(jī)約20％的功率為克服摩擦而損耗掉，紡織機(jī)械的功率約85％消耗于克服3.1.2 潤滑類型1900～1902 年間，德國學(xué)者 Stribeck 通過對(duì)滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承的摩擦了研究，建立了著名的關(guān)于潤滑劑粘度η 、滑動(dòng)速度V 、負(fù)荷P 與摩擦系數(shù)關(guān)系曲線，稱為斯特里貝克（Stribeck）曲線如圖 3-1。

鋁粉在潤滑油中為球形，無其它特征形貌。從圖 3-3 中流體潤滑區(qū)（CD 區(qū)）可見，載荷為 500N 時(shí)，含 1‰Al 粉的潤滑油與空白油相比，減摩率為 4.76%，在載荷為 400N 時(shí)，減摩率由載荷為 500N 時(shí)的 4.76%下降到 2.82%。結(jié)合以上分析可以推測，在摩擦過程中，球形鋁顆粒進(jìn)入摩擦表面少數(shù)微凸體的接觸處，起到了微滾動(dòng)作用，變滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦，從而起到減摩效果。隨著 G 值的增大，摩擦副之間的潤滑油膜逐漸增厚，表面微凸體的接觸幾率逐漸變小，從而導(dǎo)致微滾動(dòng)作用減少。3.3.2.2 邊界潤滑區(qū)減摩機(jī)理圖 3-5(a)(b)為在載荷 1500N 下，分別采用 SE15W/30 潤滑和 SE15W/30+1‰Al粉潤滑的磨痕形貌。圖(a)中存在大量點(diǎn)狀粘著磨痕，且有大量深的條狀磨痕。與圖(a)比較，由圖(b)中可見，在潤滑油中加入 Al 粉后，摩擦表面磨痕變淺，表面比較平整。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2753377