柴油发动机碳烟的表征及摩擦学特性研究

收集柴油发动机尾气碳烟,借助扫描电子电镜/能谱仪、高分辨率透射电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光普仪、X射线光电子能谱仪分析了碳烟颗粒的形貌、结构及表面官能团,采用SRV IV摩擦磨损试验机考擦了碳烟对柴油机油摩擦学特性的影响.结果表明:碳烟颗粒由C、O两种元素构成,平均粒径为34 nm,外壳包裹着十几层石墨片层的洋葱头结构.碳烟质量分数在3%以内可以改善柴油机油减摩性能,对其抗磨性影响小;当碳烟质量分数超过3%时会引起摩擦系数升高和磨损加剧.分析其原因,一方面碳烟颗粒特殊洋葱头结构使其进入摩擦界面后随摩擦副的往复运动而滚动,起到滚动轴承的作用,从而使摩擦系数降低;另一方面当碳烟含量过高时,碳烟会破坏润滑油膜,阻碍润滑油进入摩擦界面,导致磨损加剧,摩擦系数升高.     

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.     

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.     

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.     

离子注入对SiO_2表面非晶碳薄膜的化学状态及摩擦学性能的影响

采用真空蒸镀法在 Si O2 表面制备非晶态碳纳米薄膜 ,考察了碳离子注入对非晶态碳薄膜与基体结合强度及摩擦学性能的影响 ,并采用 X射线光电子能谱表征了碳薄膜 /基体的界面化学状态 .研究结果表明 :非晶态碳薄膜经碳离子注入处理后 ,碳薄膜与基体的结合强度及其耐磨寿命均明显提高 ;当碳离子注入剂量达到 1× 10 1 6 C+ /cm2 时 ,碳薄膜与基体的结合强度增加 ,但碳薄膜耐磨寿命的提高幅度有限 ;当注入剂量达到并超过 5× 10 1 6 C+ /cm2 后 ,碳离子注入所引起的碰撞混合和化学混合作用直接导致碳薄膜与 Si O2 基体界面处的原子扩散以及 Si- C键的形成 ,从而大幅提高碳薄膜与基体的结合强度及其耐磨寿命 .     

温度对PbS纳米微粒摩擦学性能的影响

研究了粒径为７ｎｍ的二烷基二硫代磷酸（ＤＤＰ）修饰ＰｂＳ纳米微粒以及未修饰ＰｂＳ纳米微粒从室温到７７３Ｋ的摩擦学行为。结果表明,修饰ＰｂＳ纳米微粒从室温到７７３Ｋ均具有良好的摩擦学性能,未修饰ＰｂＳ纳米微粒在７７３Ｋ时具有和修饰钠米微粒相近的摩擦学性能,而低于此温度时,未修饰ＰｂＳ的摩擦学性能较差。     

摩擦偶件材料对非晶含氢碳薄膜摩擦学性能的影响

利用等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅基底上制备了非晶含氢碳薄膜；采用Raman光谱仪、红外光谱仪和原子力显微镜等研究了碳膜的微观结构和表面形貌；采用UMT-2MT型摩擦磨损试验机考察了摩擦偶件材料对碳膜摩擦学性能的影响，并探讨了其磨损机制．结果表明：所制备的非晶含氢碳膜均匀、致密，硬度较高；当碳膜同高硬度陶瓷材料配副时，其摩擦系数低而稳定，薄膜呈现轻微擦伤和剥落磨损特征；当碳膜同低硬度的金属材料配副时，其摩擦系数高且不稳定，薄膜呈现严重粘着和磨粒磨损特征．薄膜的摩擦磨损行为同薄膜和摩擦偶件之间的相互转移有关．     

离子注入对SiO2表面非晶碳薄膜的化学状态及摩擦学性能的影响

采用真空蒸镀法在SiO     

退火温度对氧化铬薄膜结构和高温摩擦学性能的影响

采用电弧离子镀技术在GH-4169高温合金基体上沉积氧化铬薄膜,并对薄膜进行了不同温度的退火处理,系统研究了不同退火温度(500、600、700和800 ℃)对薄膜形貌、薄膜结构、薄膜力学性能及薄膜摩擦学性能的影响. 结果表明:随退火温度升高,薄膜表面缺陷减少,氧化铬晶化趋于完善,薄膜硬度下降. 高温摩擦学性能方面薄膜经500和600 ℃退火后,在环境温度从室温到800 ℃宽温域范围内摩擦系数较退火前均有所增加;经800 ℃退火后的薄膜在环境温度为400~600 ℃时的摩擦系数均明显下降,但室温摩擦系数明显升高,宽温域内摩擦系数波动较大;700 ℃退火后薄膜宽温域内摩擦系数在0.21~0.33之间,波动较小.      

硫系和磷系添加剂对菜籽油摩擦学性能的影响

采用四球摩擦磨损试验机考察了硫系添加剂T321、磷系添加剂P120和T321-P120复配添加剂对菜籽油抗磨和极压性能的影响．结果表明：T321单剂、P120单剂和T321-P120复配添加剂均能够有效地提高菜籽油的抗磨和承载能力；T321-P120复配添加剂能够有效地改善菜籽油的减摩性能；T321和P120具有协同减摩、抗磨和极压作用，当二者的配比适当时，相应油样的综合摩擦学性能最佳．     

Fe—Mo-CaF2高温自润滑材料的摩擦学特性研究

采用中频感应热压工艺制备了具有良好高温摩擦学特性的Fe—Mo—CaF2高温自润滑材料，并用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了Fe—Mo合金和Fe—Mo—CaF2高温自润滑材料的摩擦磨损机理．结果表明，由于高温下的机械摩擦化学效应，Fe—Mo合金磨损表面形成了由MoO2及Fe2O3组成的黑色釉质膜，从而表现出良好的减摩抗磨性能．在500℃以上时，Fe—Mo—CaF2合金磨损表面形成了由CaF2、MoO2、CaMoO4、Fe2O3及FeMo4F6等组成的复合润滑膜，从而表现出良好的高温自润滑性能．     

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.     

Fe-Mo-石墨和Fe-Mo-Ni-石墨的高温摩擦磨损行为

采用粉末冶金技术制备了Fe-Mo-石墨材料(FM)和Fe-Mo-Ni-石墨材料(FMN),分析了其显微组织及组成,并研究了其在室温、320 ℃和450 ℃下的摩擦磨损性能.结果表明:FM 和FMN两种复合材料主要含有铁素体、珠光体、Fe₃Mo金属间化合物、Mo₂C、Fe₂MoC以及少量石墨,各相分布均匀.FMN较FM珠光体数量要少, Ni元素的加入在一定程度上抑制了珠光体的生成;室温条件下,富含石墨的摩擦层发挥了减摩作用,而在高温条件下,复合材料中的石墨与对偶表面生成的Fe氧化物Fe₂O₃+Fe₃O₄+FeO·Cr₂O₃对其减摩降磨至关重要.     

纳米金刚石颗粒对发动机润滑油摩擦学特性的影响

采用爆炸法合成了超精细金刚石颗粒 ,将金刚石颗粒按一定质量分数分散于普通发动机润滑油 (15W/30 )中形成固 -液二相体系 ,考察了其摩擦学特性 ,并分析了润滑剂的减摩抗磨作用机理 .结果表明 ,在边界润滑条件下 ,由于纳米尺寸效应 ,超精细金刚石颗粒较易渗透到摩擦副表面并形成极薄的固体润滑膜 ,从而使得金刚石颗粒 /发动机润滑油固 -液二相体系表现出优异的承载能力和减摩抗磨性能     

纳米二硫化钼作为机械油添加剂的摩擦学特性研究

由硫化钠和钼酸钠水溶液反应生成棕色三硫化钼膏状沉淀,将三硫化钼粉末干燥后在氢气保护气氛中于适宜温度下煅烧脱硫,制得了粒径为20～30nm的纳米MoS2颗粒.用X射线衍射仪和透射电子显微镜分析了MoS2纳米颗粒的相组成和微观形貌;利用四球摩擦磨损试验机测定了纳米MoS2作为N46机械油添加剂的摩擦学性能;采用X射线光电子能谱仪分析了磨痕表面元素的化学状态,用扫描电子显微镜观察了磨痕表面形貌,探讨了纳米MoS2的减摩抗磨机理.结果表明,同普通MoS2微粒相比,纳米MoS2更易发生化学反应并在钢球磨损表面形成含三氧化钼的表面膜,纳米MoS2添加剂的极压、抗磨和减摩性能优于普通MoS2.     

掺W类金刚石薄膜的高温摩擦学行为

采用阳极层流型离子源结合非平衡磁控溅射技术制备了含氢掺钨类金刚石(W-DLC)薄膜,利用TEM、SEM、XRD、Raman光谱仪和摩擦磨损试验机等方法分析了薄膜的结构、形貌以及在高温下的摩擦学性能,探讨了W-DLC薄膜在高温下摩擦磨损行为作用机理.结果表明:W-DLC薄膜中钨原子以WC1-x纳米晶团簇的形式随机分布于碳基质中,增强了薄膜的韧性.W-DLC薄膜在25~200℃范围内的摩擦系数可稳定在0.1以下,在300℃时的摩擦系数则高达0.5,当试验温度进一步升高到400℃时,薄膜的摩擦系数反而降低至0.3左右,当试验温度升高到500℃时,W-DLC薄膜中的W被氧化生成WO_3和摩擦诱导生成的石墨共同作用,使得薄膜的摩擦系数降到0.15左右,说明W-DLC薄膜在高温下仍然具有优异的减摩特性.然而,W-DLC薄膜的磨损率在25~500℃范围内表现出随着温度的升高而不断增大的趋势.