纳米金属粉体材料的氢等离子体制备机理及其润滑减摩特性研究

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1、四川大学博士学位论文子体温度场分布高度集中的具体表现，也是纳米金属粉末无须液氮冷却就能生成的本质原因，阐释了等离子体温度场自身的极大温度梯度是金属粉体纳米化的控制机制。本文提出“氢的抢先分子蒸发”机制来解释高纯氢的引入大大提高制粉产率的根本原因。该机制从氢的离解、等离子体阴极射流磁泵作用、氢微气相作为熔融金属分子蒸发载体、氢微气相的逃逸等几个阶段来探讨氢对产率的影响机理，认为氢气泡相当于熔融金属的“分子蒸发单元”，这不仅使得氢微气相内蒸发的单位产率很高，也使有效蒸发面积远远大于阳极熔池表面的蒸发面积，从而大幅提高纳米金属粉体产率;同时，该机

2、制还解释了受冷态总压影响的产率实验数据与熔融金属经典蒸发理论的矛盾之处。本文提出“热泳沉降机制”是纳米粒子不等温气固两相流输运过程的主要控制因素。当粒子从微米尺度下降至100nm时，热泳力大小是重力的548倍，是马格纽斯升力的220倍，热泳力明显占据主导作用;纳米微粒在不等温流场中进行气固两相流输运时，会从重力沉降过渡为热泳沉降:且沉降特性和常规重力沉降正好相反，这是纳米粒子在不等温气固两相流场中与微米粒子的不同之处。该机制解释了纳米金属粉体收集过程中出现的反常f-I题，为纳米粒子的气流收集设备提供理论依据与借鉴。本文将等离子体法制备的纳米

3、Cu粉用于改性石蜡基系列HVI-50内燃机专用基础油，改性后润滑油的最大无卡咬负荷提高33.3%，长期磨损磨斑直径下降35.9%，达到进口润滑油添加剂的抗磨减摩水平;同时考察了纳米金属粒子在润滑油中的微观磨损机制，解释其可能的作用机理及影响润滑油宏观减摩性能的材料科学因素。本文还将非线形处理手段为主的分形理论与计算机软件设计相结合，开发了一套摩擦粗糙表面轮廓曲线的计算机模拟系统，尝试对摩擦界面用分形理论进行定量化表征，并利用该软件系统计算其分形维数特征值，将宏观性能的改善同某种摩擦微观界面的内真数值化特征联系起来，为宏观性能的微观解释提供定

4、量的直接证据。关键词:纳米金属粉末氢等离子体制备磨损四川大学博士学位论文ResearchonMechanismofPreparingNano-metalPowderMaterialsbyHydrogen-plasmaMethodandLubricationPropertiesofPowderMajorinMaterialsScienceCandidatefordoctorate:JiangYuSupervisor:ProfessorTuMi嘀ingAbstractOnthebaseofreviewingmanykindsofpreparat

5、ionmethodofnanometalpowdermaterials,somenanometalpowderssuchasNi,Cu,Fe,Znwerepreparedbyplasmamethod,whichhasmanyexcellentcharacteristicssuchashighpurity,smallaveragegranularity(about40nm),narrowdistributionofgranularity(fromlOnmto100nm),littleloosedensity(from0.1to1gtcrri3

6、)andfewconglomeration.Notonlyweretechnicalparametersofpreparingnanopowderbyplasmamethodforsomekindsofmetalmaterialsoptimized,butalsothewholepreparationprocesswasstudiedfullyandsystemicfrommulti-aspectasfollows:thequalitycontrollingfactor(temperaturegradient)anditsinnermech

7、anism,thequantitycontrollingfactor(preemptivemoleculevaporizingwithinhydrogenbubble)anditsinnermechanism,thepowdercollectioncontrollingfactor(heatflowexcursionofnanoparticlesinthenon-equivalenttemperaturefield)anditsinnermechanism.Theperformanceofspeciallubricatingoilforga

8、senginewasimprovedbynanocopperpowder,whichwaspreparedbyplasmamethod,whichachievethelevelo