纳米材料在润滑技术中的应用

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1、DevelopmentandAppliication　开发与应用开发与应用纳米材料在润滑技术中的应用王晓勇　陈月珠(石油大学重质油加工国家重点实验室,北京,102200)提　要　本文从微观结构、特性及应用等方面简单介绍了纳米材料,详细阐述了纳米材料作为新型润滑材料的可能性,探讨了纳米材料产生润滑作用的机理,认为纳米材料作为新型润滑材料在理论研究及应用领域都具有广阔的发展前景。关键词　纳米材料,抗磨添加剂,薄膜润滑,“第三体”　　获1956年诺贝尔奖的美国物理学家R.P.结合能都迅速增大,产生了所谓的“表面效应”。Feynmain曾在1959年的美国物理学年会上说过:当纳米材料尺寸

2、同传导电子的直布罗意波长相当或“如果有一天能按照人们的意志安排一个个原子和更小时,周期性的边界条件将被破坏,材料的磁分子,将会产生什么样的奇迹?”,无疑纳米科学技性、内压、光吸收、热阻等性质比起普通体相材料术的诞生和飞速发展正在使这个梦想逐步向现实迈都发生了很大变化,这称为纳米材料的“体积效进。人们突破传统观念的束缚,深入到物质内部,应”。随着纳米材料的尺寸下降到一定值时,费米按自己的意志组装具有特异功能的产品,必将会给能级附近的电子能级变为分立能级的现象称为“量[2]整个科学界、工业行业乃至人类社会带来一场巨大子尺寸效应”。纳米材料上述独特的结构特性,的变革。导致纳米材料产生了

3、诸如高扩散性、易烧结性、熔纳米技术是20世纪80年代迅速崛起的一门高点降低、硬度增大、催化反应活性增大等一系列特[3,4]技术学科,它是以许多现代先进科学为基础,将理性,使得它在精细陶瓷、催化剂、电子元件、论研究与应用探索紧密结合的新型科学技术。纳米磁光元件等方面得到广泛应用。材料是纳米科学技术的一个重要发展方向,这种新2　纳米材料在润滑领域的应用材料一经问世,就凭借其独特的结构、奇异的性能和潜在的应用前景,获得了各国材料研究工作者的将纳米材料应用于润滑体系中,是一个全新的青睐。研究领域。由于纳米材料具有比表面积大、高扩散性、易烧结性、熔点降低等特性,因此以纳米材料1　纳米材料的

4、结构与特性为基础制备的新型润滑材料应用于摩擦系统中,将同宏观上三维方向都具备足够大尺寸的常规材以不同于传统载荷添加剂的作用方式起减摩抗磨作料相比,纳米材料是一种低维材料,即在一维、二用。这种新型润滑材料不但可以在摩擦表面形成一维甚至三维方向上尺寸为纳米级(1～100nm)。纳层易剪切的薄膜,降低摩擦系数,而且可以对摩擦米材料按空间维数分为以下四种:(1)零维的原子表面进行一定程度的填补和修复,起到抗磨作用。簇和原子簇的集合,即纳米粒子;(2)一维的多层211　纳米粒子抗磨添加剂薄膜,即纳米膜;(3)二维的超细颗粒覆盖膜;近年来一些国内外学者对各种纳米粒子作为油[1](4)三维的纳

5、米块体材料。由于纳米材料的表面品添加剂所起到的减摩、抗磨作用作了一些考察验原子数与总原子数之比随材料尺寸的急剧变小而急证工作,并且对其作用机理做出了一些推测。[5]剧增大,表面原子的晶场环境和结合能与内部原子21111　支承负荷的“滚珠轴承”作用　张治军不同,表面原子周围缺少相邻原子,因而具有许多研究发现,二烷基二硫代磷酸(DDP)修饰的MoS2悬空键,具备不饱和性质,表面积、表面能和表面纳米粒子在空气中的稳定性远远高于纳米MoS2,化工进展2001年第2期27在油中的分散能力也大大提高。用作抗磨添加剂减摩抗磨机理的解释主要基于边界润滑理论中的鹅[11]时,可以大大降低摩擦系数(

6、μk<011),而且提高卵石模型(如图1所示),即认为纳米粒子尺寸了载荷能力。通过材料表面分析认为是由于MoS2较小,可以认为近似球形,在摩擦副间可像鹅卵石纳米粒子的球形结构使得摩擦过程的滑动摩擦变为一样自由滚动,起支承负荷的作用而使润滑膜的耐滚动摩擦,从而降低了摩擦系数,提高了承载磨性提高。[12]能力。21112　薄膜润滑作用　陈爽以沉淀法合成了粒[6]徐涛将超分散金刚石粉末(UDP)纳米粒子径为3～5nm的二烷基二硫代磷酸修饰的PbS纳米作为润滑油添加剂进行摩擦实验,发现UDP纳米微粒,并通过四球机考察其在润滑油中的摩擦行粒子(粒径平均为5nm的球形或多面体微粒)具为。认为

7、其良好的抗磨效果得益于摩擦过程中的高备优良的载荷性能和抗磨减摩能力,尤其能在高载温高压导致PbS纳米粒子熔化,并在摩擦表面形成荷作用下发挥效力。摩擦副表面的分析结果表明:了致密的边界润滑膜。[13]在边界润滑条件下,UDP粒子不仅支承摩擦件的负薛群基用沉淀法合成了二乙基己酸(EHA)荷,而且可以避免摩擦副直接接触,当剪切力破坏表面修饰的TiO2纳米粒子(平均粒径为5nm),添润滑膜时,UDP纳米粒子在摩擦副间的滚动作用可加在基础油中,进行四球机摩擦磨损实验,并用X以降低摩擦系数,