润滑油添加剂制备和性能研究.docx

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润滑油添加剂制备和性能研究

毕业论文

润滑油添加剂制备和性能研究

专业班级：

轮机管理12班

姓名：

李树元

指导教师：

孙德平

轮机工程学院

摘要

润滑油添加剂时一种具有良好的减摩抗磨性能、较高的承载能力和对摩擦表面有良好的修复性能的材料。

近几十年来，国内外的许多学者对于各类不同纳米材料作为润滑油添加剂所起到的减摩抗磨性能都进行了研究。

本文主要研究了二硫化钼作为润滑油添加剂的摩擦学性能。

第一采用机械球磨法制备微纳米级的二硫化钼粉末，利用Bettersize2000激光粒度分析仪对微纳米二硫化钼添加剂进行了表征，并配置出不同质量分数二硫化钼的润滑油。

然后在摩擦磨损实验机对制备的纳米二硫化钼粉末的摩擦学特性进行了初步研究，通过对摩擦系数及磨损量的分析，发觉添加了纳米二硫化钼的润滑油润滑性能明显优于纯润滑油，并得出纳米二硫化钼的减摩耐磨机理为：

纳米二硫化钼表面能较高，易吸附在摩擦副表面，形成一层润滑薄膜；另外，粒径较小的纳米微粒能够填补摩擦表面的沟槽，且它本身具有自修复作用。

以上因素综合减小了摩擦，修复了摩擦表面，从而提高了润滑油的抗磨减摩性能。

关键词：

二硫化钼；摩擦学性能；抗磨减磨

Abstract

Oiladditiveisakindofmaterialwithgoodantiwearproperties,highload-carryingcapacityandself-repairofthewornsurface.Thetribologicalpropertiesandmechanismsofvariousmaterialsasoiladditiveswereinvestigatedinthedecades.

Thisthesisstudiesthetribologicalpropertiesofmolybdenumdisulfideaslubricatingoiladditives.

First,molybdenumdisulfidenano-powdercanbeachievedbythemechanicalball-millingmethod,thenmolybdenumdisulfidenano-powderischaracterizedbylaserparticlesizeanalyzerBettersize2000andmolybdenumdisulfidelubricantsshouldbeprepared.Thenabrasiontestingmachinewillbeusedtomakeapreliminaryresearchonthepropertiesofthepreparednano-powder.ThroughanalysisonfrictionCoefficientandabrasionloss,itisprovedthatthelubricantoilwithmolybdenumdisulfidenano-powderastheaddictivehasobviousadvantageoverpurelubricantoil.Theabrasion-resistanceofthemolybdenumdisulfidenano-powderisthatithashighsurfaceenergywhichcaneasilyadheretothefrictionsurfaceasafilmoflubricantoil,andthatthenano-powdercanfillinthegroovesonthefrictionsurfaceandthepowderhasself-repairableability.Theabovecomprehensivefactorsresultinthereductionoffrictionandrepairnessofthesurface,whichconsequentlyimprovethefrictionandabrasionresistanceoflubricantoil.

Keywords：

molybdenumdisulfide；tribologicalproperties；frictionandabrasionresistance

润滑添加剂制备和性能研究

第1章绪论

润滑油微纳米添加剂研究的背景和意义

磨损是机械零件失效的三大原因之一（磨损，侵蚀和断裂）之一。

1957年Burwell依据磨损机理将磨损分为4大大体类型，即粘着磨损，磨料磨损，表面疲劳磨损和侵蚀磨损，这些磨损会使机械部件的摩擦表面出现裂纹，麻点等缺点，有些深度磨损乃至会使零件失去其原有的功效。

这些磨损是使零件失效的主要原因。

而润滑油对减少摩擦消耗和改善磨损状态起到了专门好的作用。

为知足油品各项物理化学指标的要求，润滑油一般由基础油和添加剂组成，以提高润滑油的承载能力或降低非完全油膜润滑下材料的磨损。

润滑油的润滑是一个超级复杂的进程，其作用为避免摩擦副表面在彼此运动时发生微凸体的直接接触。

它在金属表面形成了一层与润滑介质性质不同的边界膜，从而减少摩擦和磨损。

由于润滑油的理化性质受摩擦的表面运动或周围环境因素的影响比较大，在摩擦表面难以长久维持油膜的承载压力而使粗糙表面微凸接触，摩擦面的摩擦系数会上升而使金属表面的摩擦加重。

为了弥补液体润滑存在的缺点人们通常在润滑油中添加一些物质来提高润滑油的润滑性能和抗磨特性，减少摩擦阻力，延长机械零部的利用寿命。

由于微纳米材料粉末其自身的独特性质，可取得良好的润滑效果，将微纳米材料应用于润滑体系中，是一个全新的研究领域，微纳米材料具有比表面积大，高扩散性，易烧结性，熔点降低，硬度增大等特点，不但能够在摩擦表面形成一层易剪切的薄膜，降低摩擦系数，而且还能对摩擦表面进行必然的填补和修复。

纳米粒子尺度较小能够看成近似为球形，在摩擦副之间能够滚珠一样自由转动，起到微轴承作用，对摩擦表面进行强化和抛光作用，而且支撑负荷，提高承载能力，降低摩擦系数。

另外，纳米微粒有较高的扩散能力和自扩散能力，容易在金属层面形成具有极佳抗磨性能的渗透层或扩散层。

因此纳米材料适合在重载，低速，高温下工作，同时它又不同于一般的固体润滑材料，它综合了流体润滑和固体润滑的长处。

润滑油微纳米添加剂未来应用

润滑油微纳米添加剂未来主要应用于以下几个方向：

1．汽车发动机润滑油

现代汽车工业要求汽车发动机向着体积小、功率大的方向进展，润滑条件加倍苛刻。

发动机油不仅要求具有良好的清净分散性和耐高温等性能，对其抗磨性的要求也愈来愈高。

提高润滑油的抗磨性能，通常加入一些含硫、含磷等的极压抗磨剂。

但是为了保护环境，现代汽车愈来愈多地采用了三元催化转化器，硫、磷等元素很容易使催化剂中毒失效，因此发动机油对硫、磷含量有着严格的限制，这就意味着硫磷型添加剂很难在发动机油中利用，而纳米金属润滑材料如纳米铜的问世将有可能解决那个问题。

2．高清洁润滑油

高清洁液压油已投入利用，高清洁汽轮机油和齿轮油也接踵问世。

由于运动部件之间的油膜厚度只有几微米，若是油品中的颗粒直径超过油膜厚度，将会加速运动部件的磨损。

据有关介绍，若是油品中的颗粒直径不超过油膜厚度，能够使运动部件的利用寿命大幅度延长，最长能够达到目前的500倍。

目前制备高清洁油品的方式主如果过滤法，将油品中较大的颗粒过滤出去，但也容易将功能添加剂组分过滤除去，使油品性能下降。

若是能将添加剂颗粒粉碎至纳米级后再溶入油中，就可以够制备出高清洁润滑油品。

润滑油微纳米添加剂的研究方向

纳米颗粒作为润滑油添加剂，因其具有优良的减磨与磨抗磨性能表现出了广漠的应用前景，为进一步推动该领域研究的进展，还应在以下方面继续开展工作。

（1）活性剂的选择是解决微纳米粒子在润滑油中的分散及稳固性的重要冲破口，也是微纳米添加剂能够实际应用的前提，研究微纳米颗粒与其他添加剂的配合情形，即增强微纳米颗粒与油品兼容性方面的研究。

（2）微纳米润滑油的减摩抗磨机理有很多种，虽然有些已经应用于解决各类抗磨减摩现象，并取得了一些功效，但还缺乏进一步的实验验证。

（3）进一步了解不同粒度、不同种类的微纳米材料的摩擦学特性不同和规律。

（4）了解微纳米微粒是不是具有或在多大程度上具有摩擦微损伤自修复、自补偿功能。

（5）研究微纳米粒子与其它添加剂之间彼此作用和影响，包括互补、协同和可能发生的物理化学作用。

第2章二硫化钼概况

微纳米粉末作为润滑油添加剂的作用和原理

一般来讲，物体表面的原子或分子数量与物体总的原子或分子数量之比，是随着物体体积的变小而增大的。

表面原子的晶场环境与结合能同内部原子是不一样的，表面原子周围缺少电子，具有很多空键，表现为不饱和性，产生表面效应。

当材料的颗粒尺寸小到必然程度时，就会产生量子尺寸效应，使材料的理化性能发生较大转变，这就是纳米材料产生作用的机理。

两个固体表面彼此接触实际上仅仅是粗糙表面的凸起部份接触，这些真实接触的面积超级小，约占名义接触面积的（1～）%，若是两表面接触，即便负载仅有，在这些凸起部位所经受的压力即可能高达103MPa．如此大的压力不但可将凸起部份压平，乃至可使它们部份或整体地焊合在一路．一旦粘结在一路，在相对运动时就需要力将它们分开，这也就引发了摩擦和磨损．为了减少这种摩擦和磨损，就需要在两个接触面间加入润滑剂，使其形成一层极薄的润滑油膜将两个表面隔开．普通的液态润滑剂和传统的固体润滑剂所形成的膜在许多条件下是不牢固的，容易被破坏．而若利用纳米材料粉末作为润滑添加剂，由于其自身的独特性质，能够取得专门好的润滑效果，以下予以具体说明：

图图

（1）纳米材料粉末近似为球形，它们起类似“微型球轴承”的作用，从而提高了摩擦副表面的润滑性能．在高负荷作用下，由于纳米粒子晶核很小且发育不完全，晶粒结构存在错位畸变现象，致使在必然剪切力作用下，容易造成晶格的滑移；再加上纳米粒子的硬度远大于常规材料，使其在接触可起到类似“轴承的作用.（图）

（2）在重载和高温条件下，两摩擦表面间的颗粒被压平,形成一滑动系，降低了摩擦和磨损

（3）摩擦进程中纳米粒子能填平摩擦表面凹处乃至陷入基体中，并可及时填补损伤部位，具有自修复功能，使摩擦表面始终处于较为平整的状态.（图）

（4）纳米材料粉末通过摩擦进程中的摩擦化学作用在磨斑表面形成沉积膜，或通过元素扩散作用渗透入表面层形成强化层提高了表面的耐磨性．像纳米硼酸盐粒子由于带电荷而向表面移动并沉积于摩擦表面成膜，这些膜是非晶体或无定型的膜，在空气中40℃仍能维持稳固．

利用纳米材料粉末作为润滑油添加剂产生的抗磨减摩机理可能是以上几种机理的联合作用，确切的机理和相关的影响因素还有待于进一步的深切研究．

二硫化钼的结构、性能及应用

二硫化钼的层状结构是由硫和钼通过共价键结合在一路的六方晶系结构，每一个晶体有很多二硫化钼分子组成，每一个二硫化钼分子层分为三个原子层，上下两层为硫原子层，中间一层为钼原子层，每一个钼原子被六个硫原子所包围（六个硫原子散布在三棱柱的各顶端），只有硫原子暴露在分子层的表面，每一个分子层的厚度为。

因为钼和硫原子之间的键较短，而硫原子之间的距离较大，致使相邻的硫原子层之间的键较弱，以致它们之间容易发生劈理，而这些劈理面表面能低，而且具有亲水性。

另外由于在含有S-Mo-S原子群的薄片中键结很强