水溶性纳米二氧化硅添加剂的制备及摩擦学性能研究

本文制备了不同粒径的水溶性纳米二氧化硅,用TEM和XRD对其形貌进行了表征,采用SRV-IV微动摩擦磨损试验机研究了其作为水基添加剂的摩擦学性能。通过SEM和XPS对磨斑表面进行了分析,简单探讨了摩擦机理。结果表明,小颗粒水溶性纳米二氧化硅作为水基添加剂是具有良好的抗磨减摩性能和极压性能,摩擦过程中形成的沉积膜起到了非常重要的作用。     

纳米碳酸钙作为润滑脂添加剂的摩擦学性能及流变行为研究

使用碳化法制备出三种具有不同粒径的纳米碳酸钙颗粒,利用透射电镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)对其形貌及结构组成进行表征.通过UMT-2摩擦学试验机及RS6000流变仪分别考察了纳米颗粒作为润滑脂添加剂的摩擦学性能及流变学行为,并通过X射线多功能电子能谱仪(XPS)对磨斑表面进行分析.结果表明:所制备的三种纳米颗粒均为方解石结构,可以显著提高基础脂的减摩抗磨性能;添加剂浓度及添加剂尺寸均会影响润滑脂最终的摩擦学性能;在最佳添加浓度和尺寸条件下,能够同时获得最佳的抗磨减摩性能;过高的添加剂浓度会影响润滑脂的结构稳定性,进而影响其摩擦学性能;三种纳米添加剂在磨斑表面形成以碳酸钙为主要成分的润滑膜,纳米颗粒物理性质的差异可能导致其摩擦学性能的差异.     

铋纳米微粒添加剂的摩擦学性能研究

采用液相分散法制备了平均粒径为60 nm的油溶性铋纳米微粒,用四球摩擦磨损试验机考察了所制备的铋纳米微粒作为润滑油添加剂的减摩抗磨性能.结果表明,当添加量处于0.04%～1.00%范围内时,铋纳米微粒表现出良好的减摩抗磨性能,并能显著提高基础油的失效负荷.     

表面修饰空心微珠作为润滑脂添加剂的摩擦学性能

制备了不同质量分数的表面修饰空心微珠的复合钙基润滑脂,用以考察空心微珠在润滑脂中的减摩抗磨性能.采用面-面接触式万能摩擦磨损试验机对润滑脂体系的减摩抗磨性能进行对比研究.利用扫描电子显微镜和X射线能谱仪对摩擦表面形貌和组成进行了分析.结果表明:添加空心微珠能有效改善润滑脂的减磨抗磨性能,在转速为1 200 r/m in、载荷为200 N、空心微珠质量分数为1%时,摩擦系数降低37.5%,磨损量降低33%.     

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.     

超声振动对纳米二氧化硅(n-SiO2)添加剂减摩抗磨性能的影响

在有和无超声振动条件下,分别考察了含不同质量百分数n-SiO2添加剂的减摩抗磨性能,初步探讨了超声振动下纳米二氧化硅(n-SiO2)添加剂的润滑机理.结果表明:超声振动通过减小纳米微粒所受的正压力、促进纳米微粒滚动及增加摩擦表面的活性3种方式改善摩擦表面的润滑状态.超声振动使n-SiO2润滑下的磨痕深度下降,表面硬度降低,磨损表面Si元素含量增加,有效地改善了摩擦表面的润滑状态.在试验范围内,超声振动对0.5%n-SiO2添加剂的减摩抗磨性能影响效果最显著,摩擦副间的摩擦系数和45#钢表面的磨损体积量分别降低了12%和34%.     

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     

一种可反应性纳米SiO2的制备和表征及其摩擦磨损性能研究

以正硅酸四乙酯为前驱体,以含不饱和双键碳链为修饰剂采用原位表面修饰法合成出1种可反应性纳米二氧化硅并对其结构进行表征;测定其透光率并得出在介质中的分散性;采用往复摩擦磨损试验机和四球摩擦磨损试验机考察纳米二氧化硅作为汽油机油添加剂的摩擦磨损行为,并用扫描电子显微镜及能量色散谱仪对其磨痕进行观察和分析.结果表明:SiO2 纳米微粒可以直接分散于基础油等油性介质中并具有良好的分散稳定性;作为润滑油添加剂表现出优异的抗磨减摩性能,并对磨损表面起到一定的修复作用.这是由于含双键有机物的存在,在摩擦过程中形成了聚合物膜而起到良好的减摩作用.     

不同形态的二硫化钼润滑剂在离子液体中的摩擦学性能

以1-己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体为基础油,考察了不同形态二硫化钼(Mo S2)微粒的摩擦学性能.低载低速下,空心球形Mo S2(空心球)与片状纳米Mo S2(纳米片)均能改善基础油的减摩抗磨性能,片状微米Mo S2(微米片)不仅不具备减摩性能,还会增加磨损;高载高速下,空心球仍保持着较好的减摩抗磨性能,微米片也表现出一定的减摩抗磨能力,而纳米片易导致润滑失效.纯离子液体润滑时钢球表面出现了一定的疲劳磨损,添加空心球与纳米片后,疲劳磨损消失,磨损量下降.空心球与纳米片润滑时,Mo S2能转移到摩擦表面,少部分仍以Mo S2形式存在,其余Mo S2与基础油及摩擦副材料等发生摩擦化学反应,形成由Mo O3、Mo S2、Fe PO4、Fe SO4、Fe F2及含N与S的有机物组成的复合润滑膜;微米片润滑时,很少Mo S2参与了转移膜的形成,因而对基础油改性效果较差.     

椰油酰胺聚氧乙烯醚水溶液的摩擦学性能研究

本研究中选取椰油酰胺聚氧乙烯醚(Cocamide-POE)作为水基润滑液的基础添加剂进行摩擦学性能研究.首先利用NGY-6型纳米级膜厚测量仪对Cocamide-POE水溶液的成膜性能进行了测试,结果表明CocamidePOE的加入提高了纯水的成膜能力,其膜厚随着线速度的增大而逐渐增加,与浓度关系并不明显.然后利用四球试验机对Cocamide-POE水溶液的摩擦磨损性能、稳定性能和极压性能进行了研究,并利用三维形貌仪对钢球表面磨痕的三维形貌进行了分析,试验结果表明Cocamide-POE水溶液具有良好的减摩抗磨性能,且添加剂质量百分数为3%的Cocamide-POE水溶液最大无卡咬负荷(PB)值达到784~834 N.总的来说,Cocamide-POE具有非常好的工业应用前景.     

石墨烯的功能化改性及其作为水基润滑添加剂的应用进展

传统的油基润滑剂在使用过程中通常存在冷却性能差,易造成环境污染等问题,近年来绿色环保的水基润滑逐渐受到科学家们的关注. 水由于自身黏度低且易挥发等特点,其作为润滑剂时润滑效果不佳,因此亟待发展高效的水基润滑添加剂来改善其摩擦磨损性能. 在本文中,作者综述了近年来石墨烯基纳米材料的功能化改性及其作为水基润滑添加剂的最新研究进展,总结了其在摩擦过程中的润滑机理,并对目前石墨烯水基润滑添加剂存在的问题及今后重点研究内容进行了展望.      

仿生猪笼草结构的水润滑轴承摩擦学性能有限元分析研究

水润滑轴承的轴瓦结构设计对其摩擦磨损和润滑性能有着重要影响. 为提升其摩擦学性能,设计一种轴瓦布置有仿生猪笼草结构的水润滑轴承,主要为蜡质区的月牙形结构和唇部的径向脊形结构两类. 利用ANSYS Fluent对简化后的轴承润滑水膜模型进行流场分析,改变不同转速、载荷和不同织构形状、尺寸,探究水膜承载能力和减摩性能的优化情况并进行机理分析. 结果表明:通过比较不同织构形状、尺寸下的轴承水膜最大压力与摩擦系数,发现型号CC1006的月牙形织构和型号DR0102的径向脊形织构的水膜承载能力和减摩性能综合优化最佳. 通过改变不同载荷,发现轴瓦布置有仿生猪笼草结构的水润滑轴承更适合应用于中速中载的条件下,此时其拥有优异的水膜承载能力与减摩性能. 该研究为仿生表面结构的水润滑轴承设计及摩擦学性能提升等提供了分析方法和理论依据.      

一种油溶性季铵盐离子液体作为PAO基础油添加剂的摩擦学研究

合成了新型季铵盐磷酸酯油溶性离子液体(N₈₈₈₁₆P₄),采用热重分析仪(TGA)分析其热稳定性. 采用SRV-V微动摩擦磨损试验机和Bruker-NPFLEX表面非接触光学三维轮廓仪考察该离子液体作为聚α-烯烃(PAO 10)基础油减摩抗磨添加剂及其与商业添加剂二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)复配后的摩擦学性能. 结果表明:N₈₈₈₁₆P₄具有优异的油溶性能,与ZDDP具有良好的配伍性. 在室温和高温(100 ℃)条件下,N₈₈₈₁₆P₄均可显著改善PAO 10的减摩抗磨性能. 相较于与ZDDP复配,N₈₈₈₁₆P₄ 单独作为PAO 10添加剂表现出更优异的减摩抗磨性能. 铜片腐蚀试验结果表明,N₈₈₈₁₆P₄几乎没有腐蚀性,且与ZDDP复配后能够明显抑制ZDDP的腐蚀. 利用扫描电子显微镜(SEM)对磨斑表面形貌进行进一步分析,同时结合能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱仪(XPS)对磨斑表面主要化学元素进行分析,证明N₈₈₈₁₆P₄能够与金属基底发生复杂的摩擦化学反应,由于其在摩擦副表面形成了含N和P元素的化学反应膜,从而起到优异的减摩抗磨作用.      

纳米TiO2和SiO2填充尼龙的摩擦磨损行为

制备了纳米SiO2和纳米TiO2填充PA1010尼龙复合材料,测定了复合材料的力学性能,并采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了尼龙复合材料在干摩擦条件下同45#钢配副时的摩擦磨损行为.结果表明:填充纳米颗粒可以提高尼龙复合材料的力学性能;纳米SiO2和纳米TiO2作为填料可以提高PA1010的耐磨性,降低摩擦系数,其中纳米颗粒的最佳质量分数为10%;纳米颗粒填充尼龙1010复合材料同45#钢配副时主要呈现粘着和疲劳磨损特征.     

Rheology modification of montmorillonite dispersions by colloidal silica

We have studied the effect of additions of both anionic and cationic spherical silica colloids of different sizes on the rheology of dispersions of a well-characterised montmorillonite clay, SWy-2. The systems have been studied above and below the critical hydrodynamic overlap concentration, c*, of the clay. For dispersions at c < c* on replacement of ～10 % w/w of the clay content by silica, it was found that whereas a cationic silica additive transformed a liquid-like, non-gelling montmorillonite dispersion into a substantial gel, anionic silica destroyed any nascent structure in the fluids, reducing the effective viscosity and virtually eliminating the rheological hysteresis characteristic of structured fluids. On the other hand, in the regime of c > c*, replacement of ～10 % w/w of the clay content by silica leads to enhancements of all the rheological parameters characteristic of a gelling system, for the addition of both anionic and cationic silica. A simple tentative microstructural model for this complex behaviour is presented. This work, alongside our previous studies, confirms significant rheological modification by the addition of small quantities of nanoparticles as a general phenomenon of clay-colloid systems. It further suggests that viscosity enhancement and control of the rates of sol-gel transitions for product applications can be achieved using relatively low-cost, commercially available materials, such as silica nanoparticles and natural clays of different mineralogy.     

Experimental studies on heat transfer and friction factor characteristics of CuO/water nanofluid under laminar flow in a helically dimpled tube

An experimental investigation on the convective heat transfer and friction factor characteristics in the plain and dimpled tube under laminar flow with constant heat flux is carried out with distilled water and CuO/water nanofluids. For this, CuO nanoparticles with an average size of 15.3 nm were synthesized by sol–gel method. The nanoparticles are then dispersed in distilled water to form stable suspension of CuO/water nanofluid containing 0.1, 0.2 and 0.3% volume concentration of nanoparticles. It is found that the experimental Nusselt numbers for 0.1, 0.2 and 0.3% volume concentration of CuO nanoparticles are about 6, 9.9 and 12.6%, respectively higher than those obtained with distilled water in plain tube. However, the experimental Nusselt numbers for 0.1, 0.2 and 0.3% volume concentration of CuO nanoparticles are about 3.4, 6.8 and 12%, respectively higher than those obtained with distilled water in dimpled tube. The friction factor of CuO/water nanofluid is also increased due to the inclusion of nanoparticles and found to increase with nanoparticle volume concentration. The experimental results show that there exists a difference in the enhancement levels of Nusselt numbers obtained with nanofluids in plain tube and dimpled tube. Hence it is proposed that the mechanism of heat transfer enhancement obtained with nanofluids is due to particle migration from the core of fluid flow to tube wall.     

Evaluation and Optimization of New Nanocomposite Fiber for Fracturing Technology Based on a New Equipment

The fiber has great advantages in hydraulic fracturing when considering fluid leak off and flow friction, proppant transportation and fracture damage, proppant or sand production, and fracture geometry. However, some drawbacks, such as poor chemical stability, mechanical properties, heat denaturation, and dispersivity, always emerge in oilfield cases. Accordingly, a new type of nanocomposite fiber is used to overcome these shortcomings in our research. Generally, fiber??s conventional performance, dispersivity and proppant suspension capability can be evaluated easily, but reliable evaluation and optimization of fiber applications could not be obtained by normal indoor experimental instruments. So we developed the ??fracture filling model??, a specially designed instrument to evaluate the performances of fracture conductivity, proppant backflow, and sand control. All the performances of the nanocomposite fiber were evaluated, and the length and concentration of the fiber were optimized. The results have great influences on both theoretical study and field treatments of the new nanocomposite fiber.     

石英岩表面分子沉积膜的微观摩擦性能的试验研究

利用原子力显微镜对石英岩表面单层分子沉积膜的微观摩擦特性进行了研究,发现该分子沉积膜具有一定的减摩性.通过对其表面力-位移曲线、表面形貌像、调制力像和摩擦力像的进一步分析表明,石英岩表面分子沉积膜具有减摩作用的原因在于它能够降低表面的粘着力并对表面具有微观修饰作用.