【摘要】：在潤滑工程領(lǐng)域，潤滑油添加劑已經(jīng)被廣泛的應用于各種潤滑油中，它們起 到了減小摩擦系數(shù)，降低磨損量甚至對摩擦表面損傷部位進行修補的功能。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)在對摩擦表面的修補作用上，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性能上得到了顯著的提高。對納米 顆粒的減摩抗磨機理，大多數(shù)研究者認為，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作用，變滑動摩擦 為滾動摩擦，減小摩擦系數(shù)。隨著試驗研究的進一步深入，更多的研究者發(fā)現(xiàn)， 納米顆�？梢猿练e到摩擦表面的磨損部位，使摩擦表面得到修補。然而，到目前 為止，納米顆粒減摩抗磨以及修補作用的機理仍沒有得到系統(tǒng)的研究。 為了對納米金屬顆粒減摩抗磨機理做深入的研究，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機上對添加有納米鋁顆粒的潤滑油的摩擦學性能進行 了研究，并繪制出 Stribeck 曲線。通過對磨痕表面的 SEM（掃描電鏡）以及對 摩擦后潤滑油中納米金屬顆粒的 TEM（透射電鏡）的測試分析，本論文對納米 鋁顆粒在不同潤滑狀態(tài)下的減摩機理進行了深入的討論，提出流體潤滑狀態(tài)下的 微滾動作用和邊界潤滑狀態(tài)下的墊片作用導致了減摩效果的產(chǎn)生。 納米金屬顆粒對摩擦表面的修補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金屬銅粉、鐵粉，在盤銷摩擦 磨損試驗機上進行試驗；對磨痕表面進行 SEM 和 STM（掃描隧道顯微鏡）以及 EDS（能量色散譜儀）分析；對納米金屬顆粒進行了熱模擬試驗。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 補機理。 作者還利用四球試驗機分別對添加有納米鋁粉、錫粉以及 Al/Sn 金屬粉的潤 滑油進行極壓和抗磨性能實驗。采用 SEM 對摩擦表面進行觀察，采用 EDS 對表 面進行元素測定。本文通過對納米金屬顆粒的極壓抗磨機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。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2004
【分類號】：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金屬顆粒的粒度驗采用 XRD 對納米金屬顆粒粒度進行測量。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)，同時根據(jù) X 射線衍射實驗量分析、晶粒大小測定和晶粒的取向分析[38]。晶粒細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 摩擦的定義兩個相互接觸的物體在外力作用下發(fā)生相對運動（或具有相對運動趨勢在接觸面間產(chǎn)生切向的運動阻力叫做摩擦力，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)代汽動機約20％的功率為克服摩擦而損耗掉，紡織機械的功率約85％消耗于克服3.1.2 潤滑類型1900～1902 年間，德國學者 Stribeck 通過對滾動軸承和滑動軸承的摩擦了研究，建立了著名的關(guān)于潤滑劑粘度η 、滑動速度V 、負荷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，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，減摩率由載荷為 500N 時的 4.76%下降到 2.82%。結(jié)合以上分析可以推測，在摩擦過程中，球形鋁顆粒進入摩擦表面少數(shù)微凸體的接觸處，起到了微滾動作用，變滑動摩擦為滾動摩擦，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，從而導致微滾動作用減少。3.3.2.2 邊界潤滑區(qū)減摩機理圖 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】

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本文編號：2753377