【摘要】：隨著固體潤滑理論的逐漸成熟以及固體潤滑劑的成功應用,納米粒子作為潤滑添加劑成為潤滑領域發(fā)展的重要方向之一。碳納米材料及二氧化鈦以其自身特殊的結構和性能引起了人們越來越多的關注。本文中,以微碳球和納米二氧化鈦顆粒為研究對象,通過綠色環(huán)保的水熱合成法以及溶膠-凝膠法制備了微碳球和二氧化鈦顆粒,分析了其表面形貌、組成成分以及晶體類型等特征,考察了將其作為潤滑添加劑在三種基礎潤滑油中的摩擦學性能,通過拉曼光譜、能譜等手段探討了其潤滑機理。實驗取得了一些成果如下:(1)以葡萄糖為前身化合物,采用水熱法一步制備得到了尺寸在300 nm左右、具有完美球型結構的微碳球。使用能譜儀和紅外光譜儀對微碳球的組成元素以及表面含有的官能團進行了分析。將微碳球作為潤滑添加劑添加到植物油、合成油以及礦物油三種基礎潤滑油中,研究了載荷以及轉速對潤滑性能的影響,實驗中觀測到微碳球表現(xiàn)出了良好的減摩抗磨性能。(2)通過季銨化反應對微碳球進行了表面修飾,可以降低微碳球在制備過程中的團聚,將修飾后的微碳球添加到植物油、合成油以及礦物油三種基礎潤滑油中進行實驗。與未修飾的微碳球相比,經修飾后的微碳球的減摩抗磨性能得到了提高。(3)研究了材料粗糙度對含微碳球基礎潤滑油摩擦學性能的影響,并通過對磨痕區(qū)進行拉曼光譜檢測,探討了微碳球潤滑機理。在滑動過程中,微碳球進入到接觸區(qū),部分微碳球在壓應力以及熱應力的作用下結構發(fā)生重排,在基底表面形成一層潤滑薄膜,未破壞的微碳球填充到粗糙峰內部,并可能起到了“納米滾珠”的作用,進而降低了材料的摩擦和磨損。(4)采用溶膠-凝膠法制備二氧化鈦顆粒,探討了熱處理溫度對二氧化鈦晶體結構的影響。實驗觀察到,隨熱處理溫度的增加,二氧化鈦發(fā)生了從無定型到銳鈦礦型最后到金紅石型的轉變。將二氧化鈦顆粒添加到全合成機油中進行實驗,實驗中觀測到,隨著熱處理溫度升高,含二氧化鈦潤滑液的潤滑性能逐漸降低,經300℃熱處理下得到的無定型結構的二氧化鈦具有最佳的摩擦學性能。這主要是由于隨著二氧化鈦晶型的轉變,晶體的硬度逐漸增大,其造成的磨粒磨損現(xiàn)象越來越嚴重。
【學位授予單位】：青島理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TE624.82
【圖文】：

青 島 理 工 大 學 工 程 碩 士 學 位 論 文中空納米管，是一種具有特殊結構的一維碳納米材料。碳納米管中碳原子是為主，同時又有部分 sp3雜化的一種空間拓撲結構的物質[19,20]。其中包括單和多壁碳納米管[21]，單壁納米管化學穩(wěn)定性高，表面光潔，結構簡單，多壁存在較多的官能團，化學活性高。碳納米纖維是由多層石墨片卷曲而成的纖材料，直徑通常在 10 nm-500 nm 左右，是一種由碳組成的準一維材料，按分為片纖維、帶纖維以及魚骨纖維三種。碳納米纖維具有較高的比表面積和儲存氫氣方面有很高應用價值，此外在鋰離子電池、傳熱導電性方面也有用。下圖 1-1 出了碳納米管和納米纖維結構圖[22-27]。

圖 1-2 金紅石和銳鈦礦晶型 TiO2結構示意圖Fig.1-2 Schematic diagram of rutile and anatase crystalline TiO2的制備方法有很多種，目前主要有溶膠-凝膠法、沉淀法、溶劑學氣相沉積法 (CVD)。其中，溶膠-凝膠法、溶劑熱法以及微乳泛的幾種方法。隨著二氧化鈦制備方法的完善，對其性能的研究注。Xie[43]等人以硫酸氧鈦和聚乙烯醇 (PVA)為原料，通過冰水化鈦顆粒，并研究了其對砷的吸附性能，實驗結果表明二氧化鈦用水中砷的含量使其達到國家飲用水標準。Luo[44]等人采用溶膠氧化鈦顆粒，并對其進行氣體流速對脫硫試驗影響的研究，結果硫吸附效果越明顯，總結出二氧化鈦吸附脫硫的機理主要是物用電紡絲為前軀體在其中加入乙醇胺，成功的制備了與襯底附著薄膜，并研究了薄膜的厚度對電池各個重要參數(shù)的影響。也有的控制二氧化鈦的形成過程進行了研究。例如，Zhang[46]等人研究

青 島 理 工 大 學 工 程 碩 士 學 位 論 文體顆粒置于干燥箱中干燥 12h 后取出，用研缽將其充分進行研磨至粉狀后放入廣口瓶中待用，為了防止其潮濕應將其放入干燥皿中持續(xù)干燥。整個過程需要注意的是在往反應釜倒溶液的時候倒入反應釜容積的 80%以下，溶液過多會造成里面壓力過大超過內襯的承受范圍。微碳球的合成原理如圖 2-1 所示，主要是通過葡萄糖分子進行的脫水聚合反應，聚合反應之后生成含氧多聚物，這種多聚物是長鏈的，然后含氧多聚物經過一系列的碳化反應后形成碳球，這些碳球未完全石墨化。經過掃描電鏡的掃描，觀察和測量后所得的微碳球直徑小到 100 nm，最大可達 300 nm，這些微碳球在表面形貌上是良好球形結構，硬度較大，穩(wěn)定性很好。

【參考文獻】

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1 管述哲;張樂濤;劉宣池;吾滿江·艾力;張亞剛;賈殿贈;;納米碳球作為合成酯抗磨劑的摩擦學性能研究[J];潤滑與密封;2015年12期

2 楊希佳;王姝;孫海明;王曉兵;連建設;;摻銅二氧化鈦納米顆粒的制備及其催化性能（英文）[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2015年02期

3 李海燕;劉金鳳;錢俊杰;李秋葉;楊建軍;;鉍摻雜二氧化鈦納米顆粒的制備及其可見光催化性能[J];催化學報;2014年09期

4 申前進;劉新斌;晉衛(wèi)軍;;水溶性多壁碳納米管的制備[J];新型炭材料;2013年02期

5 謝冬梅;曹林洪;崔金立;;二氧化鈦顆粒制備及其對水中三價砷的去除[J];環(huán)境工程學報;2013年04期

6 趙雪霞;郭興梅;李莎;韓艷星;楊永珍;劉旭光;;KH-570改性碳微球[J];中國材料進展;2012年10期

7 郝保偉;李淵;王士釗;;納米TiO_2作為油品添加劑的應用研究[J];天津工業(yè)大學學報;2011年01期

8 楊永珍;韓艷星;李莎;劉紅艷;劉旭光;許并社;;碳微球的離子化表面修飾[J];化工學報;2010年10期

9 朱艷;陸濤;原帥;;納米二氧化鈦的制備、表征及機理[J];材料開發(fā)與應用;2009年06期

10 許一;徐濱士;史佩京;張保森;;微納米減摩自修復技術的研究進展及關鍵問題[J];中國表面工程;2009年02期

本文編號：2756994