不同载荷和温度下碳烟对柴油机油摩擦学性能的影响

在SRV IV摩擦磨损试验机上,采用球-盘接触方式,考察了不同碳烟浓度的柴油机油在不同载荷和温度下的摩擦学特性,借助三维表面形貌仪、扫描电子显微镜及能谱仪、拉曼光谱探讨了由于载荷或温度改变引起含碳烟柴油机油摩擦学性能发生变化的原因.结果表明:当柴油机油中碳烟质量分数为5%时,当载荷或温度升高引起含碳烟柴油机油的摩擦学性能出现突变.突变表现为摩擦系数升高,磨损剧烈增加.分析认为,碳烟含量较高时,温度或载荷的升高容易引起润滑油膜破裂,出现乏油润滑,导致磨损加剧,摩擦系数升高.     

柴油发动机碳烟对缸套/活塞环摩擦学性能影响的研究

通过SRV IV摩擦磨损试验机考察了柴油机碳烟对柴油机缸套/活塞环摩擦副摩擦磨损性能的影响,借助扫描电子显微镜及能谱仪、三维表面形貌仪和拉曼光谱仪探讨了碳烟颗粒的摩擦学作用机理.结果表明:碳烟颗粒在高载荷时可以降低缸套/活塞环摩擦副间的摩擦系数,但在低载荷时对摩擦系数影响不大;碳烟颗粒会加剧缸套的磨损,其磨损形式主要为磨粒磨损.碳烟颗粒表现出减摩性的主要原因是其外层的乱层石墨在摩擦热和剪切作用下发生了剥离并在摩擦副表面形成了润滑膜.     

生物质燃油碳烟的组成和结构以及摩擦学特性研究

用自制碳烟捕集装置收集了生物质燃油碳烟(Bio-fuel soot,简称BS),采用四球摩擦磨损试验机考察了BS对液体石蜡(Liquid paraffin,简称LP)摩擦学特性的影响,借助扫描电镜/能谱仪、X射线光电子能谱仪、高分辨透射电镜、X射线衍射仪等分析了BS的组成、结构及摩擦学作用机理.结果表明:BS由平均粒径约40 nm的球形颗粒组成链状团聚体,主要成分为无定型碳和氧,并含少量石墨烯微晶,且其氧含量高于柴油碳烟.随着BS在LP中添加质量百分数的增大,最大无卡咬负荷先增大后减小,钢球平均磨斑直径呈线性增大,而平均摩擦系数先稍有减小后趋于增大.就摩擦学作用机理而言,一方面,BS中的含氧官能团使BS在摩擦过程中易于吸附到摩擦表面,影响边界润滑膜的作用;另一方面,BS引起磨粒磨损和腐蚀磨损,使得摩擦表面的金属氧化膜在摩擦过程中易脱落成磨粒,从而加剧磨损.     

石墨结构层包覆铜纳米粒子的摩擦磨损性能研究

在硼氢化钠/乙二胺体系中还原一阶CuCl2石墨层间化合物前驱体制备石墨结构层包覆铜纳米粒子复合材料(GECNP),采用MQ-800型四球摩擦磨损试验机和XP型销-盘摩擦磨损试验机测定GECNP作为润滑油添加剂的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌,采用X射线能量色散谱仪分析磨损表面元素组成.结果表明,GECNP的鳞片厚度为几十纳米,直径≤5 μm.GECNP添加剂可以提高润滑油的承载能力,降低其摩擦系数,提高耐磨性.在载荷1 667 N下,当GECNP质量分数为3%时,其摩擦系数和磨斑直径达到最小值,并且在摩擦副表面检测出铜元素沉积,形成了磨损自修复层.     

油酸表面修饰PbO纳米微粒作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究

利用四球摩擦磨损试验机考察了油酸修饰PbO纳米微粒作为润滑油添加剂的摩擦学行为,并用X射线光电子能谱仪（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和能量散射谱仪（EDS）等现代分析工具对钢球磨损表面进行了分析,摩擦磨损试验结果表明,油酸修饰PbO纳米微粒作为润滑油添加剂能够明显提高基础油的减摩抗磨能力,当添加质量分数为0.30%时,与基础油相比可以使摩擦系数和钢球磨厂主 直径降低30%左右。XPS、SEM及EDS分析结果表明,钢球表面在摩擦过程中形成了一层富含PbO的边界润滑膜,这使得油酸修饰PbO纳米微粒作为润滑油添加剂表现出良好的摩擦学性能。     

往复滑动干摩擦条件下碳烟颗粒的摩擦学特性研究

采用往复摩擦磨损试验机分别研究了生物质燃油碳烟颗粒和0#柴油碳烟颗粒对滑动干摩擦条件下铸铁/铸铁摩擦副摩擦磨损行为的影响;借助扫描电镜、原子力显微镜和拉曼光谱仪等分析测试设备探讨了不同碳烟颗粒的摩擦学作用机理.结果表明:引入碳烟颗粒后,铸铁摩擦副的摩擦磨损明显减轻,摩擦系数和磨损量均随往复频率的增加而增大;且生物质燃油碳烟颗粒的抗磨减摩效果优于柴油碳烟颗粒.其原因归于碳烟颗粒自身的力学特性、自润滑性以及摩擦副表面特性,主要包括含碳烟颗粒摩擦表面膜的形成、摩擦诱导铁基氧化物的生成,以及摩擦表面有序化碳含量的增加.     

相结构对氮化钛硼薄膜摩擦磨损性能的影响

采用直流非平衡磁控溅射系统在单晶硅片表面制备TiBxNy薄膜,采用X射线衍射仪和X射线光电子能谱议测定TiBxNy薄膜的相结构和成分,采用销-盘式摩擦磨损试验机研究TiBxNy薄膜的滑动干摩擦磨损性能,并采用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪表征薄膜的磨痕表面结构及其化学特征.研究表明:TiBxNy薄膜的相结构与N含量有关,在TiB0.65薄膜中加入N能够促使纳米晶TiN的形成;薄膜的摩擦系数和磨损率与其相结构有关,随着薄膜中TiN的体积分数增加,摩擦系数增大,磨损率降低;当薄膜中N含量约为37at.%时,TiN的体积分数和摩擦系数最高,磨损率最低;增加N含量促使h-BN相形成,且h-BN相的体积分数随N含量的增加而增大,h-BN相的形成降低了摩擦系数,增加了磨损率;在摩擦过程中磨屑发生氧化而生成钛的氧化物TiO、Ti2O3、TiO2以及少量硼(B)的氧化物.     

润滑油及减摩剂的氧化解聚对缸套／活塞环摩擦学特性的影响

研究了阶梯升温条件下缸套/活塞环的摩擦学特性,并分别采用FT-IR、Laser-Raman谱仪及X射线光电子能谱仪对摩擦磨损过程中润滑油及减摩剂（MoDTC)的摩擦化学变化进行了分析。结果表明,基础油和含MoDTC的润滑油均可以保证摩擦副在较高温度下具有相对较低的摩擦系数,在阶梯升温过程中,摩擦系数曲线上出现μ值显著下降的峰谷,其特点与油样类型有关,分析认为墚采用含MoDTC的油样润滑时,摩擦系数曲线上出现的低温峰从主要与MoDTC在摩擦磨损过程中分解成MoS2有关;而高温峰谷的出现既取决于润滑油裂解为石墨碳的程度,也与MoDTC的存在有关。     

碳含量对磁控溅射Cr／C镀层摩擦磨损性能的影响

采用磁控溅射技术在高速钢和单晶硅基体上制备Cr/C镀层,利用X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪分析镀层结构及元素状态,采用显微硬度计测量镀层的硬度及韧性,通过销-盘式摩擦磨损试验机及光学显微镜研究镀层不同磨损阶段的磨损行为.结果表明:镀层由C、Cr及Cr3C2等相组成;随着碳含量增加,镀层的硬度从HV1 300升至HV1 900,韧性变差;与未镀层的基体相比,镀层的摩擦系数从0.70降至0.48,当碳含量为74%时,摩擦系数降至0.35;增加碳含量能够明显改善镀层的抗黏着性能,碳含量为14%及40%的镀层以严重的黏着磨损为主,而碳含量为74%镀层的黏着程度最轻,其磨损形式以黏着磨损和磨粒磨损为主.     

纳米TiO2改性玻璃纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

采用玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机研究了纳米TiO2和硅烷偶联剂改性玻璃纤维织物的摩擦磨损性能;用配备X射线能量色散谱仪的扫描电子显微镜观察和分析了复合材料磨损表面形貌以及纳米TiO2在粘结剂中的分散情况.结果表明,纳米TiO2和硅烷偶联剂改性玻璃纤维织物可明显改善玻璃纤维织物的摩擦磨损性能,当纳米TiO2的质量分数为5%时,改性玻璃纤维织物的摩擦磨损性能最佳,其磨损率比纯玻璃纤维织物低60%,且其最大承载能力提高.温度对纳米TiO2改性玻璃纤维织物的摩擦磨损性能影响很大,当温度高于200 ℃时,其摩擦系数开始增大、磨损加剧;当温度达到240 ℃时,纳米TiO2改性玻璃纤维织物因发生严重磨损而失效.     

氮化钛硬质薄膜在不同种类润滑油下的摩擦学性能研究

采用球-盘摩擦试验机分别考察了氮化钛硬质薄膜与轴承钢和氮化硅陶瓷组成的摩擦副在不同种类润滑油条件下的摩擦学性能,并表征了其磨痕表面形貌与元素成份.结果显示:与Ti N硬质薄膜干摩擦性能相比,润滑油可显著降低摩擦系数,延长磨损寿命,且具有较长烷基碳链的润滑油性能较优;当上试球材料不同时,其油润滑条件下的性能亦不同.相同润滑油条件下,氮化硅球作为摩擦副时,其润滑性能优于轴承钢球.磨痕表面形貌及能谱分析结果表明:具有较长烷基碳链的润滑油在摩擦副研磨滑动过程中起到油性剂的作用,而短碳链硅油分子结构中含有氯元素,虽通过摩擦化学反应生成边界润滑膜,但不完整致密,以致短时间内润滑失效.     

典型微藻生物油的润滑性能和作用机理研究

鉴于对生物质能源的需求日益增长,将典型微藻生物油添加到CD 15W-40柴油机油中实现部分替代.采用四球摩擦磨损试验机考察了生物油的润滑性能,利用现代表面分析技术探讨了其作用机理.结果表明:微藻生物油有很好的润滑效果;随柴油机油中生物油添加量的增大,摩擦系数逐渐降低、钢球磨斑直径先减小后增大;当生物油的添加质量百分数为10%时,柴油机油的摩擦学性能较优.其中,利用La2O3催化液化制备的生物油的润滑性能优于直接液化制备的生物油,能显著降低摩擦系数和钢球磨斑直径.就润滑机理而言,润滑油中的含C、N有机物在摩擦副接触表面吸附、沉积形成润滑膜,同时摩擦副滑动表面经摩擦化学反应生成由Fe2O3和FeN组成的保护膜,从而起到良好的润滑防护作用.相关研究结果可望为拓展生物油的应用提供参考.     

十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)修饰的蜡烛灰作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究

通过简单方法收集的蜡烛灰表面呈负电性,可以用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)进行修饰,利用透射电镜观察修饰后蜡烛灰的形貌,发现蜡烛灰是由20 nm左右的洋葱状碳纳米颗粒组成,分散性更好,粒径更加均匀,修饰后明显改善其在液体石蜡(LP)中的分散稳定性.利用Optimol SRV-IV往复振动摩擦磨损试验机评价了修饰前后蜡烛灰在LP中的摩擦学性能.结果表明:蜡烛灰作为LP的添加剂不能明显改善其润滑性能,但是表面修饰的蜡烛灰在LP中能够显著降低摩擦和减小磨损,因而具有良好的润滑性能.通过扫描电子显微镜、拉曼光谱以及X-射线能谱进一步推测两种蜡烛灰在LP中的润滑机理.     

硅碳氢润滑油的空间长寿命润滑性能分析

为分析硅碳氢润滑油(SiCH)在真空边界润滑工况下的润滑特性，采用真空螺旋轨道摩擦试验机(SOT)测试了在1.5、1.75和2 GPa三种接触应力下润滑油的名义润滑寿命，利用真空往复摩擦试验机(SRV)测试了润滑油的往复滑动摩擦系数. 利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)及X射线光电子能谱仪(XPS)对磨斑表面进行显微形貌、元素组成及化学状态进行分析. 结果表明:硅碳氢润滑油的真空名义润滑寿命较高，达到1 936 r/μg(转/微克)，其往复滑动摩擦系数和磨斑直径较815Z全氟聚醚润滑油均较小，耐磨寿命较长，具有良好的真空边界润滑性能. 真空四球试验前后润滑油的红外透过率分析结果表明，润滑油在红外地球敏感器工作的14~16.25 μm波段透过率无明显变化. 在电机真空寿命验证试验中，采用硅碳氢润滑油润滑的扫描电机旋转次数最高已达6.04×108次. 润滑油的摩擦性能测试和电机寿命验证试验结果为处于边界润滑工况下的空间运动机构润滑失效提供了定量的判据，也为其他类似工况下的运动机构长寿命润滑设计提供试验依据.      

油溶性烷氧基硼酸钠的制备及其抗磨减摩性能研究

合成了油溶性烷氧基硼酸钠,用红外光谱（IR）和等离子体原子吸收光谱（ICP）表征其结构与组成,在四球及环块摩擦磨损试验机上考察了其摩擦学性能,采用扫描电子显微镜（SEM）及光电子能谱仪（XPS）观察分析磨斑表面成分。结果发现：所合成的油溶性含硼和钠的化合物在磨斑表面形成由FeB,Fe2B和沉积物等组成的抗磨减摩膜,从而显著改善油品的抗磨减摩性能。     

碳纳米管作为润滑油添加剂的摩擦磨损性能研究

采用催化裂解法制备了多壁碳纳米管,在M-200型摩擦磨损试验机上考察了碳纳米管作为长城SE级15W/30汽油机油添加剂的摩擦磨损性能,采用表面形貌仪测量其磨斑轮廓并计算磨损体积损失,用扫描电子显微镜对磨斑表面形貌进行观察分析. 结果表明: 碳纳米管作为润滑油添加剂表现出优良的抗磨性能,在质量分数仅为0.0125%～0.1000%时,润滑油的抗磨性能显著提高;在质量分数约为0.0500%时其抗磨效果最佳,磨损率降低幅值达57%;在较高载荷下,添加0.0250%的碳纳米管能够使其摩擦系数减小约15%,但随着碳纳米管质量分数的增加,摩擦系数迅速提高;含碳纳米管润滑油的磨斑表面平整,划痕较细且分布均匀.     

酯化型环氧化合物摩擦成膜对润滑油摩擦学性能影响之研究

用油酸和环氧树脂合成了一种能够形成摩擦聚合膜的酯化型环氧化合物润滑油添加剂——DE成膜剂。以液体石蜡或二线油为基础油,在栓-盘式试验机和四球试验机上就DE成膜剂对润滑油摩擦学性能的影响进行了研究。结果表明,添加DE成膜剂明显地改善了润滑油的摩擦学性能;在基础油中加入DE成膜剂比加环氧树脂、脂肪酸酯或油酸时的摩擦系数低、表面擦伤少、承载能力高、磨损量小。文章还对DE成膜剂在摩擦表面上形成的摩擦聚合膜的作用机制进行了分析和探讨。