纳米SiO<,2>/ZrO<,2>作为润滑添加剂抗磨减摩性能研究
近年来，随着纳米科技的快速发展，纳米材料作为润滑添加剂已经显示传统固体润滑添加剂无法相比的优越性，极有希望成为一类新型润滑材料，并能解决目前边界润滑技术中存在的难题，特别是从低温到高温的连续润滑问题。因此，纳米材料的摩擦学性能及应用需要做更多研究。迄今为止，关于纳米材料摩擦性能的研究主要集中在纳米材料的表面处理。这是因为摩擦和磨损对于材料表面的结构和性质是非常敏感的。有机-无机复合纳米颗粒的制备在科学界和工业生产领域引起了广泛的关注，纳米材料作为润滑添加剂的研究也成为了研究的热点。
SiO2/ZrO2复合纳米粉体由于纳米ZrO2与SiO2的加和、协同等效应，其抗磨性和极压性优于其它纳米添加剂。将改性后的SiO2/ZrO2复合纳米粉体作为新型的纳米润滑油添加剂，可以更好的降低机件摩擦、减少磨损、延长机械寿命，具有重要的经济价值和应用价值。
SiO2/ZrO2复合纳米粉体作为润滑添加剂的推广应用，可以有效降低能耗、减少温室气体的排放，起到节能和环保的双重作用，属在可持续发展理念指导下低碳经济研究领域。发展新型纳米润滑添加剂，一方面是积极承担环境保护责任，完成国家节能降耗指标的要求；另一方面是调整经济结构，提高能源利用率，发展新兴工业，建设生态文明、实现经济发展与资源环境保护双赢的必然选择。
为了对复合纳米粉体的减摩抗磨机理做深入的研究，采用水热法制备出SiO2/ZO2复合纳米粉体，并对其表面进行接枝改性和原位改性进行了研究，希望实现SiO2/ZO2复合纳米颗粒表面由亲水性到亲油性的转变，改善其在基础油中的分散性和悬浮性。其主要研究内容如下：
1、SiO2/ZrO2复合纳米粉体制备：通过正交试验考察锆盐的选取、SiO2/ZrO2的摩尔比和水热温度对纳米颗粒平均粒径的影响，得到最佳工艺参数：锆盐选取醋酸氧锆，SiO2/ZrO2的摩尔比为1:1，水热温度为200℃。并进一步研究了煅烧处理和水热处理粉体前躯体工艺对颗粒分散性的影响。采用透射电子显微镜、激光粒度分析仪、扫描电子显微镜，Zeta电位计对SiO2/ZrO2复合纳米粉体进行表征。结果表明：水热处理制得的SiO2/Zr O2复合纳米颗粒表面存在羟基，平均粒径为55nm，分散性较好，形貌近似球形，晶型结构为无定形态。
2、SiO2/ZrO2复合纳米粉体的改性：考察改性剂的种类，改性剂的用量，pH值对改性效果的影响。通过油溶性试验、透射电子显微镜、红外光谱分析仪、STA409EP综合热分析仪、Zeta电位计对改性后的粉体进行表征。表面接枝改性试验中，改性剂的种类，改性剂的用量，改性pH值对SiO2/ZrO2复合纳米粉体改性效果的影响。结果表明：改性剂为KH560，用量0.5wt％，改性pH值为3时改性效果最佳。通过表面接枝改性，基本实现了SiO2/ZO2复合纳米粉由亲水性向亲油性的转变。原位改性试验中.，考察锆盐的选取，SiO2/ZO2的摩尔比，改性剂的种类，改性剂的用量对SiO2/ZrO复合纳米粉体改性效果的影响，采用与表面接枝改性相同的手段对粉体进行表征。结果表明，原位改性法有效地控制了纳米颗粒的团聚。以醋酸氧锆为原料，采用0.3wt％的KH560为表面活性剂制得摩尔比为1:2的SiO2/ZrO2复合纳米粉体的油溶性最佳，分散性最好。
3、SiO2/ZrO2复合纳米粉体的摩擦学性能：利用MMU-10G型摩擦磨损试验机测定SiO2/ZrO2复合纳米颗粒作为润滑油添加剂的摩擦磨损性能。结果表明：四球摩擦磨损试验中，含0.1wt％KH560改性后的SiO2/ZrO2复合纳米颗粒添加剂的20＃机械油产生的抗磨减摩效果最好，与20＃机械油相比，摩擦系数的平均降幅为13.81％。止推圈摩擦磨损试验中，含0.1wt％KH560改性后的SiO2/ZrO2复合纳米颗粒添加剂润滑油与20＃机械油相比摩擦系数降幅最大，平均降幅为16.09％。采用SEM和XRD对摩擦表面形成的保护层进行分析，发现表面微区增添了来自添加剂中的Zr/Si元素，说明纳米颗粒添加剂向摩擦副表面发生了转移，起到了良好的抗磨减摩及动态自修复作用。
复合纳米颗粒;润滑添加剂;摩擦性能;表面处理
济南大学
硕士
材料加工工程
郑少华
2010
中文
TH117.2
77
2010-12-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）