陶瓷润滑油添加剂对镀铬缸套磨损自修复特性的影响

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1、万方数据第26卷第6期2006年11月摩擦学学报TRIBOLOGYVol26．No6NOV．2006陶瓷润滑油添加剂对镀铬缸套磨损自修复特性的影响田斌1，王成彪2，岳文3，马向东1，郭凤炜4，刘家浚5(1．中国矿业大学(北京)材料系，北京100083；2．中国地质大学(北京)工程技术学院，北京100083；3．中国地质大学(北京)科学钻探国家专业实验室，北京100083；4．北京埃勒维斯科技发展有限公司，北京100080；5．清华大学机械工程系，北京100084)摘要：将羟基硅酸铝类陶瓷润滑油添加剂长

2、时间(26万公里)作用后的实际发动机缸套解体，通过原子力显微镜、纳米压痕仪、扫描电子显微镜、扫描俄歇微探针以及显微共焦拉曼光谱仪等对其摩擦表面进行分析，探讨了该添加剂的作用机理．结果表明：该陶瓷添加剂表现出明显的磨损自修复功能，可以很好地覆盖和修补缸套表面原有的裂纹，显著降低缸套表面的粗糙度，改善缸套的润滑性能；摩擦表面生成由富c层和过渡层组成、厚度250～450nm左右且分布不均匀的修复改性层，初步推测其中富c层为类金刚石结构；该陶瓷添加剂本身并不参与修复改性层的构建，但能够发挥关键而复杂的催化作用

3、．关键词：陶滏润滑油添加剂；摩擦磨损；镀铬缸套；修复改性层；磨损自修复中图分类号：THll7．3文献标识码：A文章编号：1004-0595(2006)06-0574-06在传统S、P型减摩抗磨添加剂开发成熟之后，各种新型环保节能型润滑油添加剂的研究已成为重点¨“J，特别是纳米添加剂的研究又成为新的研究方向【5J．另一方面，磨损自修复添加剂为解决材料的磨损问题提供了新途径．其中纳米铜添加剂的出现为纳米技术与磨损自修复添加剂结合的产物，通过纳米粒子和铜材料本身的选择性转移特性，表现出了优异的减摩抗磨性能，

4、尤其是通过在摩擦表面沉积或镶嵌等途径表现出的磨损自修复功能更值得关注‘6圳．以羟基硅酸铝为代表的磨损自修复添加剂(以下简称陶瓷润滑油添加剂)同样可以表现出优异的磨损自修复功能一，10J，且与纳米铜添加剂的作用不同，通常只需百万分之几浓度的添加量就可以表现出优异的摩擦磨损性能，其独特的自修复功效已在实际应用中得到验证¨卜”J，但还仅限于实际应用效果而对其机理很少涉及．因此，本文作者研究了陶瓷润滑油添加剂对实际应用中作用效果显著的发动机镀铬缸套磨损自修复特性的影响，并探讨了摩擦表面改性层的成分结构及其作用

5、机理．1实验部分陶瓷添加剂为1种市场上名为“摩圣”的乌克兰产品，由羟基硅酸铝、氧化物催化剂及其它添加剂等构成的复杂粉体，其主要材料取自天然矿石．粉体具有特定的形状和结构，其粒度在1～5¨m之间，以体积分数1％的比例与液体石蜡等混合制成凝胶添加剂成品．基础油为铁路系统自制的第四代机油，添加剂成品的总加入量约0．2％(体积分数计)，分2次平均加入，2次间隔为300km．镀铬铸铁缸套的镀铬层厚约400Ixm，截自柳州机务段DF7D0062机车12V240型柴油发动机，该发动机在加入陶瓷润滑油添加剂运行26万

6、公里后进人中修，摩擦表面变得极为光亮，选择其中1个缸套采用线切割得到分析样品，经过超声波充分清洗后对其进行测试分析．在接触模式下采用MAC．PicoscanAFM6型原子力显微镜(AFM)测定摩擦表面粗糙度；采用MH．6型显微硬度计和MTSXPNanoIndenterSystem型纳米压痕仪测定缸套表面硬度；采用JSM-6460LV收稿日期：2005—12-21；修回Et期：2006-04-06／联系人田斌，e-mail：paper-tianbin@163．eom作者简介：刘家浚，男，1932年生，教

7、授，博导，目前主要从事材料摩擦学及表面工程研究．万方数据第6期田斌等：陶瓷润滑油添加剂对镀铬缸套磨损自修复特性的影响575型扫描电子显微镜(SEM)观察缸套摩擦表面形貌，并利用其自带能谱仪分析其表面成分；采用PHI-700型扫描俄歇微探针(SAM)测定缸套摩擦表面元素及其浓度变化，电子枪高压10kV，溅射采用扫描型Ar+枪，标样为热氧化Si02／Si；采用RM2000型显微共焦拉曼光谱仪测定表面的c结构，选用Ar+激光器，波长514nln．2结果与讨论2．1缸套内径尺寸磨损量北京二七机车车辆厂分别在2

8、002年11月和2005年1月16日检测某机车在添加剂作用前后12个发动机缸套的上、中、下3个不同部位的内径尺寸，其结果见表1和图1．表1添加剂作用后缸套内径尺寸磨损量Table1Innerdiameterlossofthecylinderlinersafterthetest(×10。milllPosition123456789101112Upperpart+0．5—0．5—3．0+1．0—1．50．0+1．0+2．75—2．75—1．5Middlepa