潤滑與密封納米zn粒子作為潤滑油添加劑摩擦學(xué)性能研究王士釗12付洪瑞2劉濤3（1.天津大學(xué)化工學(xué)院天津3000722.總裝軍械技術(shù)研究所河北石家莊0500003.裝甲兵工程學(xué)院北京100072）擦學(xué)性能，并用掃描電子顯微鏡和X射線光電子能譜儀對磨斑進行了表面分析。結(jié)果表明：在一定添加量范圍內(nèi)，硬脂酸修飾的納米zn粒子可明顯改善基礎(chǔ)油的摩擦學(xué)性能；在摩擦過程中，納米zn粒子在摩擦表面的沉積和通過摩擦化學(xué)反應(yīng)生成的化學(xué)反應(yīng)膜，顯著提高了基礎(chǔ)油的抗磨減摩性能。

　　72：A文章編號：0254?0150（2009）由于納米效應(yīng)，納米粒子在潤滑油中極易團聚，通過有機表面修飾劑的包覆和改性，可有效降低粒子表面能，提高其在潤滑油中的分散穩(wěn)定性，從而使其作為潤滑油添加劑成為可能。無機納米粒子因在摩擦表面具有良好的抗磨減摩性能而得到廣泛研究。分別考察了油酸和DP修飾的納米ZS對液體石蠟?zāi)Σ翆W(xué)性能的影響；采用非水原位構(gòu)筑法，在液體石蠟中直接構(gòu)筑具有超分散穩(wěn)定特性的納米硫化鋅，四球試驗和環(huán)塊試驗表明該法制備的硫化鋅可改善基礎(chǔ)油的抗磨減摩和極壓性能；研究了多種條件泡括修飾劑、基礎(chǔ)油和摩擦條件）對納米T粒子摩擦學(xué)性能影響；通過液相沉淀法制備CuP1DZrnCH）等納米粒子，并考察其對45變壓器油摩擦學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，由于納米粒子在摩擦表面的沉積，使基礎(chǔ)油的抗磨減摩性能顯著提高。本文作者采用四球摩擦實驗，考察了硬脂酸修飾的油溶性納米zn粒子作為潤滑油添加劑的摩擦學(xué)性能，并初步探討了其抗磨減摩機制。

　　1試驗部分1.1試驗材料zn（Ac）2°2HDNaS-9HD無水乙醇、硬脂酸、丙酮均為分析純（未經(jīng)進一步提純）基礎(chǔ)油為45變壓器油（大港煉油廠）。

　　11硬脂酸修飾zn制備在100ml乙醇水混合溶劑中冰和乙醇體積比為11）加入一定量的硬脂酸，在磁力攪拌下，升溫到70°C，加入NaS水溶液，溶液由混濁逐漸澄清，溶液顏色由黃綠色逐漸變成淺白色，再滴加已溶解完全的zn（Ac）2水溶液，立即出現(xiàn)白色混濁現(xiàn)象，恒溫反應(yīng)3h后，趁熱過濾，洗滌，并在真空干燥箱中干燥24h所得到白色粉末即為硬脂酸修飾的znS納米粒子。

　　1.3摩擦試驗?zāi)p試驗機，試驗用鋼球為上海軸承廠生產(chǎn)的四球機專用：15（八6152100）十級標(biāo)準(zhǔn)鋼球（直徑12.7mmHRC 62~64）。試驗條件為：轉(zhuǎn)速（1 200士10）r/mn室溫。試驗過程中記錄試驗?zāi)Σ亮?，試驗結(jié)束后，用讀數(shù)顯微鏡測量油杯中3個鋼球的磨斑直徑，并求出平均值作為試驗結(jié)果。

　　1.4表面分析試驗后的鋼球用石油醚超聲清洗3次，共30mn并用吹風(fēng)機吹干，然后對摩擦表面進行磨斑表面形貌、元素含量及能譜分析。鋼球磨損表面元素的結(jié)合能用Smapoe型多功能X射線光電子能譜儀分析測定，磨損表面形貌采用日立S570型掃描電子顯微分析儀觀察測定。

　　2結(jié)果與討論2.1粒徑分析為硬脂酸修飾的納米ZrS粒子的SM圖像，由圖中可以看出硬脂酸修飾的納米ZS立子基本無團聚，粒徑分布為20~50nm這是在ZnS沉淀過程為硬脂酸修飾的納米ZS立子在45變壓器油中質(zhì)量分?jǐn)?shù)對磨斑直徑的影響（試驗條件600N30min）。從圖中可以看出，納米粒子作為添加劑具有一定的抗磨性能。在試驗條件下，基礎(chǔ)油的磨斑直徑為0.78mm隨著納米zn粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，磨斑直徑顯著減小，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時，對應(yīng)的磨斑直徑降至最低點（0.54mm）與不添加納米zn粒子相比，磨斑直徑降低30%.隨著zn貢量分?jǐn)?shù)的繼續(xù)增大，相應(yīng)的鋼球表面磨斑直徑有所增大。

　　為添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對基礎(chǔ)油摩擦因數(shù)的影響，從圖中可以看出，硬脂酸修飾的納米zn粒子可降低45變壓器油的摩擦因數(shù)，隨著zns質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，摩擦因數(shù)先下降而后上升，變化規(guī)律與相似。當(dāng)ZnS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.%時，最小摩擦因數(shù)為0.092與基礎(chǔ)油相比降低23%.筆者認(rèn)為造成磨斑直徑和摩擦因數(shù)隨硬脂酸修飾的納米zns立子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加先明顯下降后緩慢上升的原因是，在一定的添加量范圍內(nèi)，納米zns立子可明顯提高基礎(chǔ)油的減摩抗磨性能；但當(dāng)zns立子的含量過高時，增加了納米粒子的團聚，基礎(chǔ)油減摩抗磨性能下降。

　　2.3載荷對摩擦學(xué)性能的影響（試驗條件10min）。為了便于對比，同時進行了未添加任何納米材料的空白基礎(chǔ)油的摩擦試驗。由可以看出，當(dāng)載荷為300N時，含硬脂酸修飾的納米ZS粒子基礎(chǔ)油的磨斑直徑與基礎(chǔ)油的磨斑直徑相當(dāng)，當(dāng)高載荷大于300N時，基礎(chǔ)油的磨斑直徑隨載荷的增大而快速增加，而含硬脂酸修飾的納米ZS立子的基礎(chǔ)油，其磨斑直徑變化緩慢，且均小于基礎(chǔ)油的磨斑直徑，表現(xiàn)出優(yōu)異的抗磨能力。

　　2.4磨斑表面分析5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)）硬脂酸修飾的納米ZrS立子油樣潤滑時（試驗條件600N10mn）鋼球磨損表面的SEM照片，從圖中可以看出，添加有硬脂酸修飾的納米zn立子油樣的磨斑，比基礎(chǔ)油的磨痕寬度和磨痕深度都明顯地減小，且沒有產(chǎn)生十分明顯的犁溝，說明納米ZS立子能有效地改善油樣的抗磨能力2.5磨損機制分析為了研究硬脂酸修飾的納米ZS立子在基礎(chǔ)油中的減摩抗磨作用機制，對磨斑表面進行了XPS則試，為摩擦表面的XPS分析結(jié)果。

　　48V處，說明油樣中的納米粒子在摩擦過程中能沉積到摩擦副表面，填補摩擦表面較大的凹坑和裂紋，且在摩擦表面通過摩擦3結(jié)論均勻化學(xué)沉淀法制備的硬脂酸修飾的納米ZnS立子，直徑在20~50nn之間，且分布均勻，無團聚現(xiàn)象。

　　硬脂酸修飾的納米ZS粒子在一定添加量范圍內(nèi)，可明顯改善基礎(chǔ)油的摩擦學(xué)性能，其中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%硬脂酸修飾的納米zn粒子，在相同試驗條件下，基礎(chǔ)油磨斑直徑和摩擦因數(shù)分別降低30%和23%；在一定載荷范圍內(nèi)，該納米粒子表現(xiàn)出良好的抗磨損性能。

　　硬脂酸修飾的納米ZS粒子在摩擦過程中能沉積到摩擦表面，一方面填補了摩擦表面較大的凹坑和裂紋，另一方面部分形成化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，因而表現(xiàn)出良好的摩擦學(xué)性能。

作者：佚名　來源：中國潤滑油網(wǎng)