蒙脱土在酯类合成基础油中的摩擦学性能研究

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1、蒙脱土在酯类合成基础油中的摩擦学性能研宄摘要：以癸二酸二异辛酯（DOS）为基础油，在高频往复试验机上考察了蒙脱土K10、蒙脱土KSF与工业蒙脱土的润滑性能。结果表明：三种蒙脱土不能降低DOS的摩擦系数，KSF与工业蒙脱土对DOS的抗磨损性能改善也不够明显，但质量分数为0.2%的蒙脱土K10在DOS中具有较好的抗磨性能，与纯的DOS相比，可使钢球磨斑直径降低22%,磨损体积下降约63%;与KSF及工业蒙脱土相比，K10尺寸小，比表面积大，容易吸附在摩擦接触表面，形成具有抗磨作用的摩擦膜。关键词：蒙脱土；酯类基础油；

2、润滑性能；摩擦磨损中图分类号：TE624.82文献标识码：A0引言一些固体纳米微粒在润滑油中能表现出优异的减摩与抗磨性能，包括MS2（M=W与Mo）、金属纳米微粒与碳纳米管等。但这些纳米微粒往往制备成本高，从而限制其作为润滑添加剂的应用［1］。硅酸盐矿物微粉具有类似于石墨的层状结构，在基础油中也能表现出较好的润滑性能［2-3］。蒙脱土是高黏土与膨润土等层状硅酸盐矿的主要成分，它由两层Si-0四面体和一层八面体组成，片层的厚度可达纳米级，其层状结构和较大的比表面积，在摩擦润滑的过程中能吸附金属离子，对摩擦副的承载能

3、力有所提高［4］。近年来，蒙脱土微粒在润滑油中的润滑性能越来越受到重视［5-8］o与矿物油相比，合成酯不但有较好的润滑性能，还具有良好的生物降解性［9-11］，因此，合成酯在许多领域被用来替代矿物基础油。本论文主要探讨了三种不同结构的蒙脱土微粒在合成酯癸二酸二异辛酯（DOS）中的摩擦学性能，并对相关摩擦机理进行了表征与分析。1实验1.1实验材料和仪器设备材料和试剂：蒙脱土K10（A12O9Si3;比表面积240m2/g,阿拉丁试剂）、蒙脱土KSF（A12O9Si3;比表面积20〜40m2/g，阿拉丁试剂）、癸二酸

4、二异辛酷（C26H50O4；DOS；阿拉丁试剂）、市售工业蒙脱土、丙酮。仪器设备：济南益华摩擦学测试技术有限公司生产的MGW-001型高频往复试验机（HFRR;控温精度为±1°C;球-盘摩擦副，材料为GCrl5钢，钢球直径6.0mm,洛氏硬度HRC58〜66,Ra图5显示了测试温度对添加0.2%K10的DOS的摩擦学性能的影响。数据显示：40°C前的摩擦系数稳定在0.17左右，没有随着温度的升高呈现出明显的变化，但40°C后，随着温度的升高摩擦系数出现明显的上升趋势；平均磨损直径则随着温度的升高呈现逐渐上升的趋势

5、，表明低温有利于蒙脱土K10改性DOS的摩擦学性能。图6显示了测试载荷对含有蒙脱土K10的DOS的摩擦学性能的影响。结果表明随着载荷的增加，平均摩擦系数略微减小，变化不大。平均磨斑直径在7.84N前基本没有变化，稳定在310um左右，表明载荷不高于7.84N时，K10在DOS中的抗磨损性能能得到充分发挥，但载荷上升到9.80N时，磨斑直径明显增加，表明过高的载荷不利于K10的抗磨损性能的发挥。2.3磨斑表征测试完成后，分别选择添加0.2%的三种蒙脱土DOS润滑后的磨斑进行微观表征，包括磨斑显微图、三维图与轮廓曲线

6、，结果显示见图7。图7(a)显示，工业蒙脱土改性DOS润滑时，磨痕较深，材料表面出现了较为明显的剥落，说明黏着和磨粒磨损均较剧烈;用KSF取代工业蒙脱土后，磨斑表面受破坏也较严重(图7(b))，磨损量接近工业蒙脱土改性DOS润滑时的磨损量。图7(c)为含有0.2%K10的DOS的磨斑，三维图像可以看出，磨斑表面较为平整，没有出现剥落，与工业蒙脱土相比，磨损面积从1346um2降到960um2,降低约28.7%。这再次证实了K10可改善DOS的抗磨损性能。表面元素EDS分析结果显示在图8。图8表明，纯的DOS润滑时

7、，磨斑表面主要元素为铁、氧、碳、铬，当0.2%K10改性DOS时，摩擦表面出现了Si、Mg与A1等元素，它们均来自蒙脱土K10，表明K10改性DOS润滑时，K10进入到了摩擦接触区域，参与了润滑，并通过摩擦化学反应形成含有Si、A1与Mg等元素组成的摩擦膜，从而磨损得到降低；当用工业蒙脱土与KSF时，由于微粒尺寸大，很难进入到摩擦接触区域，因而对DOS的性能基本没有影响。3结论(1)三种蒙脱土相比，尺寸更小的K10比蒙脱土KSF和工业蒙脱土拥有更加优越的抗磨性能，但三种蒙脱土几乎不影响DOS的摩擦系数。(2)与纯

8、的DOS润滑时相比，含0.2%K10的DOS润滑时，磨斑直径可减小22%。K10的润滑功能主要原因在于小尺寸的K10微粒容易进入摩擦接触面，形成含有Si、A1与Mg的摩擦膜，从而抗磨能力增强。(3)摩擦条件对K10在DOS中的抗磨性能有一定影响，K10添加量增加时，磨斑直径先降低后增加,适宜的添加量在0.2%,但添加量对摩擦系数的影响较小；随着温度的升高，磨斑直径与摩擦系