蛇纹石润滑油添加剂摩擦反应膜的力学特征与摩擦学性能

文中考察了变载、变速条件下表面修饰蛇纹石超细粉体作为矿物基础油添加剂的摩擦学性能,利用扫描电镜、能谱仪、纳米压痕仪等对比分析了蛇纹石添加剂形成的摩擦反应膜和基础油润滑下的磨损表面微观形貌、元素分布及微观力学性能.在此基础上,通过改变旋转滑动试验过程中的载荷/速度比,建立了基础油/摩擦反应膜和基础油/普通磨损表面润滑体系的Stribeck曲线.结果表明:蛇纹石超细粉体作为润滑油添加剂形成的摩擦反应膜具有较高的硬度和近似于金属材料的弹性模量,氧化物颗粒的嵌入进一步改善了摩擦反应膜的微区纳米力学性能,同时膜层的多孔结构可起到储油和捕获磨粒的双重作用,从而使摩擦反应膜在边界和混合润滑状态下表现出优异的摩擦学性能.     

蛇纹石热处理产物作为润滑油添加剂的摩擦学性能

考察了表面修饰蛇纹石超细粉体及其热处理产物作为液体石蜡添加剂的摩擦学性能,研究了热处理温度对蛇纹石添加剂抗磨、减摩性能的影响,通过测量摩擦表面接触电阻,监测了摩擦化学反应膜的动态形成过程,利用扫描电镜、能谱仪等分析了摩擦表面形貌及元素分布.结果表明:蛇纹石粉体在摩擦表面释放氧原子,形成氧化物颗粒增强氧化膜,显著降低摩擦,改善液体石蜡的润滑性能.300~600 ℃的热处理在提高粉体活性的同时,保持蛇纹石的层状结构,增强其解理释氧和对摩擦表面的吸附能力,从而促进摩擦化学反应膜的形成,进一步改善蛇纹石的摩擦学性能.当热处理温度高于850 ℃后,蛇纹石粉体的层状结构被破坏,形成大量镁橄榄石和顽火辉石硬质相,加重磨损.     

锡青铜梯度自润滑复合材料的摩擦学性能

利用粉末冶金工艺设计和制备了新型润滑材料——锡青铜梯度自润滑复合材料;在MM-200型摩擦磨损试验机上考察了其摩擦学性能,利用扫描电子显微镜观察分析了磨损表面形貌,进而探讨了其摩擦磨损机理.结果表明:锡青铜梯度自润滑复合材料摩擦学性能优异,且偶件损伤轻微;所研制的锡青铜梯度自润滑复合材料的摩擦学性能优于目前国内常用的金属润滑材料555铅青铜、6501锡青铜以及进口多层金属润滑材料;锡青铜梯度自润滑复合材料的优异减摩抗磨性能取决于其特殊的梯度结构.     

含纳米添加剂的润滑体系在摩擦过程中的接触电阻研究

采用UMT-2型微摩擦磨损试验机考察了4种纳米颗粒LaF3、Ag、SiO2 及Al2O3作为润滑油添加剂在摩擦过程中的接触电阻随时间变化的情况,并由此监测摩擦副表面的成膜状况;采用X射线光电子能谱仪分析4种纳米添加剂润滑下磨损表面典型元素的化学状态,并结合接触电阻测试结果分析纳米油润滑添加剂的润滑机理.结果表明:接触电阻测试能够适时监测添加剂在摩擦副表面的成膜过程,4种纳米润滑油添加剂在边界润滑条件下均能够在磨损表面沉积成膜,其在试验过程中的化学状态没有发生变化,但4种纳米润滑油添加剂在摩擦过程中的成膜性能不同,Ag和LaF3在摩擦过程中的沉积速率、沉积膜厚度及其在摩擦副表面的结合强度优于SiO2和Al2O3.     

几种钢表面离子渗硫层在油润滑条件下的摩擦磨损性能研究

采用低温离子渗硫技术处理高速钢、模具钢和45#钢3种材料,使其表面形成以FeS为主、厚约10μm、由纳米级球状颗粒组成的固体润滑渗硫层,并采用QP-100型摩擦磨损试验机考察了这3种钢表面渗硫层在油润滑条件下的摩擦学性能,用扫描电子显微镜和X射线衍射仪观察分析了渗硫层截面、磨损表面形貌及相结构,利用X射线光电子能谱仪分析了磨痕表面边界润滑膜的化学状态.结果表明,3种钢渗硫后的摩擦学性能均明显改善,不同种类的钢表面渗硫层的摩擦学性能差异主要取决于基体硬度、组织结构及耐蚀性.     

原位TiB/凹凸棒石矿物双相增强Ti基复合材料的制备及其摩擦学性能

以Ti、Al、B和凹凸棒石矿物粉体为原料,利用放电等离子烧结(SPS)工艺制备了原位TiB/凹凸棒石矿物双相增强Ti基复合材料,借助扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、显微硬度计和纳米压痕仪等研究了凹凸棒石矿物对原位Ti基复合材料微观组织、物相结构、增强体形态与分布以及微纳力学性能的影响,采用SRV滑动磨损试验机考察了其在油润滑条件下的摩擦学性能,探讨了凹凸棒石改善原位Ti基复合材料力学及摩擦学性能的作用机制.结果表明,SPS工艺制备的原位TiB/凹凸棒石矿物双相增强Ti基复合材料组织致密,原位自生TiB增强体分布均匀,凹凸棒石矿物对复合材料基质相具有明显的细晶强化作用.在摩擦过程中复杂的物理和化学作用下,凹凸棒石矿物与复合材料中的Ti、Al以及对偶钢球的Fe等元素发生摩擦化学反应,在摩擦表面形成了由金属氧化物、二氧化硅、石墨和凹凸棒石矿物等构成的减摩自修复层,从而使钛基复合材料表现出优异的摩擦学性能.     

油溶性Cu纳米微粒作为15W／40柴油机油添加剂的摩擦学性能研究

制备了油溶性铜纳米微粒，用四球摩擦磨损试验机考察了其作为CD15W／40柴油机油添加剂的摩擦学性能；用扫描电子显微镜、X射线能量色散谱仪和X射线光电子能谱仪分析了钢球磨损表面形貌、组成和化学状态．结果表明：油溶性铜纳米微粒作为添加剂能显著改善CD15W／40柴油机油的摩擦学性能；在载荷196N、试验时间60min和载荷为392N、试验时间为30min，最佳纳米铜含量条件下，相应的钢球磨斑直径同基础油润滑下相比分别减小了24％和42％；当添加浓度达到1％时，CD15W／40柴油机油的pB和pD值分别提高了约200N和800N．这同其在摩擦副接触表面的沉积行为有关。     

羟基硅酸镁复合粉体润滑油添加剂对钢-钢摩擦副的抗磨自修复机理

以羟基硅酸镁复合矿物粉体作为润滑油添加剂,采用MM-200型环-块摩擦磨损试验机研究了45^#钢摩擦副的减摩抗磨性能;采用扫描电子显微镜观察了钢环磨损表面和润滑油所含添加剂颗粒的形貌,采用能谱仪分析了钢环磨损表面成份,采用表面形貌仪测定了钢环磨损表面粗糙度,进而探讨了复合矿物粉体添加剂的抗磨自修复机理.结果表明:羟基硅酸镁复合矿物粉体添加剂对钢-钢摩擦副具有良好的减摩抗磨作用.在基础油(46^#机油)润滑条件下,随着载荷的增加,磨损机制由轻微擦伤转变为严重擦伤和黏着磨损.在含添加剂的油润滑条件下,较低载荷下钢环磨损表面发生轻微擦伤,且擦伤程度比基础油润滑下的更轻;而在较高载荷条件下钢环磨损表面非常光滑,呈现轻微的黏着磨损迹象.其原因在于在较低载荷条件下,添加剂在摩擦过程中可发生团聚形成大小不一的球状团聚体,球状团聚体可起到微球轴承的作用,使钢-钢摩擦副由滑动接触状态转变为滚动接触状态,从而显著降低摩擦系数,提高抗磨性能.而在较高载荷下,羟基硅酸镁复合矿物粉体添加剂易在钢-钢摩擦副磨损表面形成自修复抗磨层,从而隔离金属表面的直接接触,起到良好的减摩抗磨作用.     

环烷酸稀土化合物的摩擦学性能研究

用四球摩擦磨损试验机考察了环烷酸稀土化合物在26#白油中的摩擦学性能，探讨了其同硫系、磷系添加剂的复配作用，并用Auger电子能谱仪和X射线光电子能谱仪研究了钢球磨斑表面边界膜的化学组成和元素分布．结果表明：在边界润滑条件下，环烷酸稀土化合物作为润滑油添加剂具有良好的抗磨性能和承载能力，并具有一定的减摩能力；环烷酸稀土与硫系添加剂复配后极压性能大幅度提高，而与磷系添加剂无协同作用．稀土添加剂在摩擦表面形成富稀土边界膜是该添加剂具有优异摩擦学性能的主要原因．     

钢-铜摩擦副自修复锡基半流体脂的摩擦磨损性能研究

采用微米级锡粉与Li基脂、VG32号油混合制备出锡基半流体脂,在改进后的MS-800型四球式摩擦磨损试验机上,对锡基半流体脂润滑下的钢-铜摩擦副进行摩擦试验.采用俄歇电子能谱仪分析了铜试样表面的化学组成及其表面元素分布,用扫描电子显微镜分析了锡脂在铜表面形成修复涂层的厚度及其表面形貌,并与传统润滑抗磨剂ZDTP(T-202)、氯化石蜡(T-301)进行对比.结果表明,所研制的活性锡基半流体脂能够在铜试样表面摩擦形成富含单质锡的较厚涂层(约20μm),且减摩抗磨特性良好,比传统的润滑抗磨剂具有更优异的摩擦学性能.     

天然蛇纹石粉体润滑油添加剂的自修复性能及自修复层形成机理研究

采用RFT-III型往复摩擦磨损试验机(盘-块接触方式)考察了油酸表面修饰天然蛇纹石粉体润滑油添加剂对钢-钢摩擦副的自修复性能;采用显微硬度计测定了试块磨损表面硬度,采用扫描电镜、能谱仪、X射线光电子能谱仪分析了试块磨损表面和截面的形貌、组成、典型元素的化学状态,探讨了天然蛇纹石粉体的自修复机理.结果表明:油酸表面修饰天然蛇纹石粉体作为润滑油添加剂可显著减小钢-钢摩擦副的摩擦系数和磨损率.这是由于其可经由摩擦化学作用而在磨损表面生成具有良好减摩抗磨性能的自修复层所致.自修复层由不同粒径的纳米颗粒密堆积而成,主要成份为Fe₂O₃和非晶石墨,并含有少量Fe、有机物碎片、含硅有机化合物、SiO₂等.     

膦酸酯类离子液体作为钢/铜锡合金润滑剂的摩擦学性能及其机理研究

合成了三种膦酸酯类离子液体,在微动摩擦磨损试验机SRV-IV上评价其作为钢/铜锡合金润滑剂的摩擦学性能,并与全氟聚醚及传统离子液体1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐对比.采用扫描电子显微镜(SEM)及X射线光电子能谱仪(XPS)对磨斑表面进行了分析.结果表明:所合成的膦酸酯类离子液体在常温及高温下均表现出优于全氟聚醚及1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐离子液体的摩擦学性能.离子液体分子的极性使其形成有效的吸附润滑膜,并且膦酸酯类离子液体与金属基底发生了摩擦化学反应,形成了摩擦化学反应膜,从而使该离子液体表现出优异的摩擦学性能.     

三氟乙基氯乙基磷酸酯的摩擦学行为研究

由氯乙醇,三氟乙醇和三氯氧磷合成了三氟乙基氯乙基磷酸酯(FPC),采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)对其结构进行了表征;在微动摩擦磨损试验机(SRV)上评价了其作为酯类润滑油添加剂的摩擦学性能;采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了摩擦表面的形貌及化学状态.结果表明:FPC作为添加剂对钢/钢摩擦副具有良好的极压抗磨性能;FPC在钢磨损表面形成了含有氟化物,氯化物及磷酸酯的混合边界润滑膜,从而有效地提高了润滑油的承载能力和抗磨性能.     

羟基硅酸盐润滑油添加剂对45#钢/球墨铸铁摩擦副摩擦磨损性能的影响

采用MM-200型摩塔磨损试验机考察了45^#钢／球墨铸铁摩擦副在650SN基础油和含羟基硅酸盐矿物复合微粉的650SN基础油(KF-1)润滑下的摩擦磨损性能，结果表明：在650SN基础油润滑下的摩擦系数和磨损率随试验时间增加变化较小；而在KF-1润滑下，试验初期的摩擦系数和磨损率比基础油润滑下的稍大，随着试验时间的延长，相应的摩擦系数和磨损率同基础油润滑下的相比明显降低．磨损表面显微硬度测试结果表明，在KF-1润滑下45^#钢磨损表面形成了多孔摩擦改性层，硬度明显提高，因而摩擦磨损性能显著改善．     

不同滑动条件下与氧化铝对摩时灰铸铁中石墨的减摩抗磨作用

考察了灰铸铁/A12O3陶瓷摩擦副在干摩擦、蒸馏水、乳化液和机油润条件下的摩擦磨损特性,并分析灰铸铁中石墨在不同润滑剂润滑下的减摩作用。结果表明：在这几种润滑条件下A12O3陶瓷和铸铁摩擦副的摩擦系数及摩损量都有所降低;在干摩擦及蒸馏水润滑下,石墨能起减摩耐磨作用;而在乳化液及油润滑下石墨难以起到润滑作用。     

钢-铜摩擦副在边界润滑条件下的减摩抗磨机理研究

用SRV摩擦磨损试验机分别考察了聚α烯烃基础油含磷氮添加剂和两种含氟硅油添加剂在钢-铜摩擦副滑动下的摩擦学性能,用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)观察并分析了铜磨斑表面形貌和磨斑表面主要元素的化学状态.结果表明:含磷氮添加剂和含氟硅油添加剂均具有优良的减摩和抗磨性能;磷、氮和氟等在摩擦表面生成的摩擦化学产物是提高摩擦副抗磨减摩性能的根本原因.     

锡青铜镶嵌固体润滑剂轴承的摩擦学特性

在栓－盘式端面摩擦磨损试验机上于常温干摩擦条件下，对锡青铜轴承和镶嵌固体润滑剂（ＰＴＦＥ和石墨等复合物）的锡青铜轴承进行了摩擦学性能的对比试验研究．结果表明，几种固体润滑剂嵌入量不同的镶嵌轴承的摩擦系数都明显降低，耐磨性均比对照轴承的高２个数量级，其中以固体润滑剂嵌入面积分数为３０％的轴承的摩擦磨损性能最好．利用Ｘ射线微区分析仪、扫描电子显微镜和能量色散谱仪等，对磨损表面和磨屑的形貌、表面转移膜和元素的面分布等作了观察与分析，指出摩擦界面，尤其轴承金属摩擦表面固体润滑剂转移膜的形成是提高轴承性能的关键，锡青铜镶嵌固体润滑剂轴承以粘着磨损和疲劳磨损为主要磨损机理     

醇和羧酸添加剂对菜籽油抗磨与极压性能的影响

在四球摩擦磨损试验机上考察了醇－菜籽油及羧酸－菜籽油对钢－钢摩擦副抗磨与极压性能的影响,并分析了其润滑机制。结果表明,醇不能改善菜籽油的抗磨性能及承载能力,羧酸能明显改善菜籽油的抗磨性能,但却降低其承载能力,这与菜籽油本身的特性及三者的极性强弱有关。钢球磨损表面ＸＰＳ分析表明：２种润滑剂体系在摩擦过程中均形成了复杂的表面保护膜。２种润滑剂体系在钢球表面形成的保护膜的特性不同,这决定了它们个有不同的     

磷酸酯胺盐离子液体作为钢/铜锡合金润滑剂的高温摩擦学性能研究

以烷基胺盐为阳离子,磷酸酯为阴离子合成了三种磷酸酯胺盐离子液体(磷酸二丁酯单丁胺离子液体,磷酸二丁酯二丁胺离子液体,磷酸二丁酯四丁铵离子液体),并在微动摩擦磨损试验机(SRV)上评价了其作为钢/铜锡合金摩擦副润滑剂的高温摩擦学性能.结果表明所合成的磷酸酯离子液体具有优异的减摩抗磨性能;磷与氮元素之间在摩擦过程中存在协同作用.采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析磷酸酯胺盐离子液体的润滑机理.从磨斑形貌对比图与磨损表面特征元素的XPS能谱图可以看出,该离子液体在铜磨损表面形成了一层具有保护作用的边界润滑膜,从而使得磷酸酯胺盐离子液体表现出优异的高温摩擦学性能.