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1、北京石油化工学院题目名称：纳米铜粉在润滑剂中的应用及研究学生姓名：孟佳星专业：化学工程与工艺年级：化092指导教师：郝保红2011年4月20日纳米铜粉在润滑油中的应用与研究孟佳星1(1.北京石油化工学院化学工程系北京1026174)摘要：纳米粒子一般指尺寸在1~100nm之间的粒子,因其具有奇特的表面效应、量子尺寸效应、体积效应、宏观量子隧道效应等性质而一直备受关注[1]。纳米材料的这些奇特性质,使其在润滑油中具有优良的抗磨减摩性能、热氧化安定性和较好的润滑性能及抗腐蚀性能等。铜具有优良的传导性、延展性、抗腐蚀性,在润滑油中得到了广泛的应用研究。将纳米铜粉作为润滑剂添加剂,可阻
2、止磨损和避免润滑表面的划伤,用于汽车引擎上,能提高运行速度,延长发动机的使用寿命。俄罗斯科学家将纳米铜粉或纳米铜合金粉末加入润滑油中,可使润滑性能提高10倍以上,并能显著降低机械部件的磨损,提高燃料效率,改善动力性能等;夏延秋、丁津原[2]、THisakado[3]等将10~50nm的铜粉、镍粉等加入到石蜡基础油中进行试验,表明纳米金属粉具有显著改善润滑油抗磨减摩性能的效果。关键词：纳米铜粉;润滑油;抗磨减摩1前言纳米铜粉(以n-Cu表示)作为润滑添加剂具有良好的抗磨减摩效果[4-11]。但是由于纳米材料极细的晶粒导致颗粒具有巨大的表面能、颗粒间的吸引力、颗粒间自动集聚力,使颗
3、粒形成块状体,在润滑油中易沉淀下来,失去添加剂的功能[12]。因此纳米粒子在润滑油中的分散稳定性一直是一个较难解决的问题,致使纳米润滑油添加剂的工业化应用发展十分缓慢。将n-Cu均匀、稳定地分散于润滑油中是其作为润滑添加剂的关键所在。1.1润滑油添加剂方面纳米铜润滑油添加剂是以纳米摩擦学为理论指导、以纳米技术为支撑的一种新型的润滑油添加剂产品。将其均匀分散于各种润滑油中，会形成稳定的悬浮液。这种油每升中含有数百万个超细铜粉颗粒，与固体表面结合时能形成光滑的保护层，起到添塞微划痕，降低摩擦和磨损的特殊功效。将其添加到汽车发动机润滑油中，可减小发动机的启动电流并增大汽缸压力。发动机
4、使用该添加剂一段时间后，缸套和活塞环上便形成一层保护膜。此时，润滑系统一旦发生故障，汽车还能安全行驶很长一段时间，这在军事上是具有意义的。另外，向非导电的润滑油脂中添加纳米铜粉，可使其具有导电性能，将它用在大电流接触点或刀闸开关上，能有效防止起弧现象的发生。许多文献报道了将纳米粒子加入到润滑油中作添加剂，以改善润滑油地摩擦学性能。S.Taras[13]等将纳米铜粉加人到发动机润滑油中，发现在高载荷及高速下，纳米铜能有效地提高润滑油地抗磨性能且能降低摩擦。周静芳[14]等将含S与的有机化合物表面修饰的铜纳米粒子添加到液体石蜡中，发现其有着良好的减磨抗磨性能，并且可以应用于高负载下
5、，是一类性能优越的润滑油减磨抗磨添加剂。夏延秋[15]等将10-50林m铜粉、镍粉和钒粉添加到矿物油中进行抗磨减摩性能测试，发现矿物油中加入纳米铜粉或镍粉后，在同等条件下其摩擦系数降低，摩痕宽度大大减小。1.2纳米铜粉在润滑油中的分散稳定性从目前的研究来看,提高纳米材料在润滑油中分散稳定性的方法主要有以下几个方面:(1)纳米粒子的表面修饰;(2)聚合物包覆纳米粒子;(3)高能量表面改性[16-18]。利用紫外线电晕放电、红外线、等离子体照射等进行表面处理,由于技术复杂、成本较高,故应用不多。多数研究人员在制备n-Cu时均采用加入修饰剂的方法,使制备出的纳米粒子具有油溶性,即采用
6、聚合物包覆纳米粒子的方法使纳米粒子具有较好的分散稳定性。周静芳等采用液相化学还原法在溶液中原位合成了有机化合物表面修饰n-Cu微粒,所合成样品的粒径约8nm。在四球摩擦磨损试验机上考察了其作为液体石蜡添加剂的摩擦学性能,并与二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)进行了对比。结果表明,n-Cu微粒添加剂能够显著提高基础油的极压性能,同时具有良好的抗磨性能,尤其是在高负荷下,其性能优于ZDDP。于鹤龙等采用液相还原法合成有机物修饰的n-Cu颗粒,合成的颗粒近似于椭球形,粒径约为60nm。在球盘式摩擦磨损试验机上考察了其作为50CC润滑油添加剂的摩擦学性能。结果表明,有机物修饰的n-Cu颗粒
7、作为添加剂,能显著改善50CC润滑油的抗磨减摩性能;含0.05%n-Cu油样润滑下的摩擦因数与磨损量与基础油润滑下相比分别降低了27.6%和60%。纳米粒子的表面修饰是将分散剂加入纳米粒子中,通过化学反应或化学吸附使纳米粒子在介质中具有较好的分散稳定性。这类分散剂包括表面活性剂、无机电解质、偶联剂、超分散剂等,并多用于水性体系中超微粉或纳米粒子的改性[19-21]。使用表面活性剂改变纳米粒子的油溶性,可以开拓常用表面活性剂的进一步利用。但由于表面活性剂在纳米粒子上只有一个吸附点,它较容易被溶
