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纳米化微粒在脂中的润滑性

陶德华  张玉伟  付尚发  
【摘要】:本文将微米级石墨、铜Cu、铝Al、锡Sn于000#脂中进行超细纳米化加工制成纳米级石墨、Cu、Al和Sn的脂,其粒径分别达到40-100、15-50、20-40以及20-50nm。这些含纳米级粒子的脂,用四球机分别对各加工前粒子的脂和其他微米级固体润滑剂(PTFE、MoS2、SiO2)以及常用化学反应型抗磨极压剂(MoDTC、ZDTP和硫化异丁烯)的脂进行系统摩擦特性试验。结果发现:经纳米化了的nm-Cu、nm-Al、nm-Sn和nm-石墨,它们的减摩效果(f∞值)和抗磨性(Dmm) 比含微米级的相应脂都有了很大提高。承载能力试验(PB值)中只有纳米Sn比研磨前明显提高(各为970N、700N),然而纳米-Cu、Al和石墨与研磨前相比,没有改进。在所有的含微粒的脂中,纳米Sn显现最好综合摩擦特性,其减摩性f∞294N=0.083,f∞392N=0.092,f∞490N=0.104;抗磨性D294N =0.31mm,D392N=0.42mm,D490N=0.58mm;承载能力PB=970N,稍逊于化学反应型MoDTC:f∞294N=0.064,f∞392N=0.085, f∞490N=0.11;D294N=0.26mm,D392N=0.29mm,D490N=032mm; PB=1200N;而比常用的ZDTP、u级PTFE、u级MoS2、 u级石墨要好。纳米Cu、Al的减摩性也很好(Cu:f∞294N=0.087,f∞392N=0.096,f∞490N=0.03;Al:f∞294N=0.073,f∞392N=0.082,f∞490N =0.098),而抗磨性次之,但接近ZDTP,其承载能力(PB值)比ZDTP差。经过电镜TEM分析,认为:微米级Cu、Al、Sn和石墨粉,平均粒径均大于10um,难进入摩擦界面层(约±1um),而纳米粒子十分易进入摩擦界面,因而更能发挥它们的润滑作用。这些微粒润滑剂的摩擦特性同粒子材料的硬度、熔点有关。其中Sn较软,熔点低(232℃),延展性好,所以润滑性最好。 Auger能谱分析表明:这些纳米粒子的润滑作用是由于它们在摩擦面上有近10nm厚的沉积层而产生的,基本属于物理贡献。由此它们将可适用于原位摩擦、要求对其它添加剂干扰小或需要高温稳定的工况,也可作为减摩剂对节能起作用。

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