【摘要】：類水滑石化合物具有典型層狀結(jié)構(gòu),層板組成元素種類多樣,層間陰離子具有可置換性,廣泛應(yīng)用于催化、離子交換、吸附等領(lǐng)域。剪切力作用下,類水滑石層間相對(duì)滑動(dòng),作為極壓抗磨修復(fù)材料具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。本文系統(tǒng)評(píng)價(jià)了鎂鋁類水滑石、鋅鋁類水滑石和鋅鎂鋁類水滑石在四球摩擦試驗(yàn)、銷-塊摩擦試驗(yàn)(往復(fù)運(yùn)動(dòng)式)和銷-盤摩擦試驗(yàn)(單向旋轉(zhuǎn)式)等中的摩擦性能,創(chuàng)新性開展了三種類水滑石煅燒產(chǎn)物的摩擦行為研究,對(duì)比了類水滑石與傳統(tǒng)極壓抗磨劑石墨和二硫化鉬的減摩抗磨性能。采用X射線粉晶衍射、掃描電子顯微鏡、能譜分析、X射線光電子能譜和俄歇電子能譜等表征手段,對(duì)類水滑石及其煅燒產(chǎn)物的成分、結(jié)構(gòu)和微觀形貌等進(jìn)行了系統(tǒng)分析,深入研究了摩擦副表面成分及其變化規(guī)律,對(duì)減摩和抗磨機(jī)理進(jìn)行了討論,取得如下主要成果:鎂鋁類水滑石1000 oC煅燒產(chǎn)物、鋅鋁類水滑石及其850 oC煅燒產(chǎn)物抗磨損性能優(yōu)異,減小磨斑直徑均達(dá)到18%以上。鋅鎂鋁類水滑石最佳添加量為0.5wt%,在高載荷(200 N~400 N)和適宜轉(zhuǎn)速下減摩和抗磨效果顯著。與傳統(tǒng)固體極壓抗磨添加劑石墨和二硫化鉬相比,在特定試驗(yàn)條件下,類水滑石的抗磨損性能更為優(yōu)異,與其較石墨和二硫化鉬具有更高硬度和強(qiáng)度有關(guān)。銷-塊摩擦試驗(yàn)中,類水滑石的摩擦性能受載荷影響。類水滑石磨損表面含有ZnO(或MgO),ZnS,多種鐵氧化物和含鐵有機(jī)化合物,含碳氧鍵的有機(jī)物和石墨等,未見Al元素,表面氧化程度高,碳含量低。鋅鋁類水滑石和鋅鎂鋁類水滑石與ZDDP協(xié)同作用,提高表面Zn含量。類水滑石煅燒產(chǎn)物促進(jìn)Zn元素沉積于磨損表面,抗磨損性能顯著,表面平整光滑區(qū)域Zn(或Mg)和O分布密集,Fe和C含量則降低,磨痕凹槽處C元素沉積。類水滑石及其煅燒產(chǎn)物減摩抗磨機(jī)理相近互通,即自修復(fù)保護(hù)膜理論,保護(hù)膜由上至下大致分為“富碳層”、“富氧層”和“過渡層”,厚度約100~200 nm。Zn和Mg在“富氧層”內(nèi)均勻分布。類水滑石吸附于磨損表面,在剪切力下層板相對(duì)滑動(dòng),釋放活性氧。納米顆粒填補(bǔ)表面微裂紋。物理和摩擦化學(xué)等作用下,類水滑石在金屬表面形成保護(hù)膜,起到減摩抗磨效果。類水滑石煅燒產(chǎn)物抗磨損性能優(yōu)異,與其原位相變產(chǎn)物尖晶石的顆粒支撐和機(jī)械拋光作用有關(guān)。
[Abstract]:The hydrotalcite-like compounds have typical layered structure, various kinds of laminar elements and interlayer anions, which are widely used in the fields of catalysis, ion exchange, adsorption and so on. Under shear stress, the hydrotalcite-like stone is relatively sliding between layers, which has a unique advantage as extreme pressure antiwear material. The friction properties of magnesium aluminum hydrotalcite, zinc aluminum hydrotalcite and zinc magnesium aluminum hydrotalcite in four-ball friction test, pin-block friction test (reciprocating motion test) and pin-disk friction test (unidirectional rotation type) are systematically evaluated in this paper. The friction behavior of calcined products of three kinds of hydrotalcite was studied innovatively. The friction and antiwear properties of hydrotalcite were compared with those of traditional extreme pressure antiwear agents graphite and molybdenum disulfide. By means of X-ray powder diffraction, scanning electron microscope, X-ray photoelectron spectroscopy and Auger electron spectroscopy, the composition, structure and microstructure of hydrotalcite and its calcined products were systematically analyzed. The surface composition and its variation of friction pairs were studied in depth, and the antifriction and antiwear mechanisms were discussed. The main results were as follows: 1000 oC calcined products of magnesium and aluminum hydrotalcite, excellent wear resistance of zinc aluminum hydrotalcite and its 850 oC calcined products. The diameter of wear spot is reduced to more than 18%. The optimum addition amount of zinc-magnesium-aluminum hydrotalcite is 0.5 wt.The antifriction and anti-wear effects are remarkable under high load (200 Nb400N) and suitable rotational speed. Compared with graphite and molybdenum disulfide, the wear resistance of hydrotalcite is better than that of graphite and molybdenum disulfide, which is related to its higher hardness and strength than graphite and molybdenum disulfide. In the pin-block friction test, the friction performance of hydrotalcite is affected by load. The worn surface of hydrotalcite contains ZnO (or MgO) ZnS, a variety of iron oxides and ferric organic compounds, carbon-oxygen bond organic compounds and graphite, etc. No Al elements are found, and the surface oxidation degree is high, and the carbon content is low. Zinc aluminum hydrotalcite and zinc magnesium aluminum hydrotalcite have synergistic effect with ZDDP to increase surface Zn content. The calcined products of hydrotalcite promote the deposition of Zn on the wear surface, and the wear resistance is remarkable. The content of Zn (or Mg) and the dense distribution of Zn and C in the smooth and smooth area of the surface are decreased, and the C element is deposited in the grooves of wear marks. The anti-friction and anti-wear mechanism of hydrotalcite and its calcined products are similar to each other, that is, the theory of self-repairing protective film, the protective film can be roughly divided into "carbon-rich layer", "oxygen-rich layer" and "transitional layer" from top to bottom. The thickness of about 100 nm.Zn and Mg are evenly distributed in the "oxygen-enriched layer". The hydrotalcite adsorbed on the worn surface and slid relatively under shear stress to release reactive oxygen species. Nanocrystalline particles fill the surface microcracks. Under the action of physics and tribochemistry, hydrotalcite forms protective film on metal surface, which can reduce friction and wear. The excellent wear resistance of the calcined products of hydrotalcite-like products is related to the particle support and mechanical polishing of spinel, which is the in-situ phase change product.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB302.3

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本文編號(hào)：2257257