納米潤滑油添加劑的應用現狀與展望

納米潤滑油添加劑的應用現狀與展望朱光耀，朱冠軍，顧彩香，李偉， 田曉禹，吉桂軍(上海海事大學(xué)商船學(xué)院，上海200135)摘要:納米顆粒作 為潤滑油添加劑,因其具有優(yōu)異的減摩、抗磨性能表現出了廣闊的應用前景.介紹了納米添加劑在潤滑油中的分散穩定性方面的研究進(jìn)展，綜述了納米添加劑在潤滑油中的應用和在環(huán)保中的作用,探討了納米潤滑油添加劑的抗磨減摩機理,展望了未來(lái)納米添加劑的發(fā)展前景.關(guān)鍵詞:納米材料;添加劑;摩擦學(xué)性能;摩擦機理中圍分類(lèi)號:TE626.3文獻標識碼:A文章編號 :1005 8354(2009 )02-0030-04Application status and prospect of NM oil dope additiveZHU Guang-yao, ZHU Guan-jun, GU Cai -xiang, L Wei, TIAN Xiao-yu, JI Guijun(College of Merchant Marie, Shanghai Maritime University, Shanghai 200135, china)Abstract:The nanoparicles are used as the additive in the lubricants for their ellent ani-fictin & anti-wear properties , and hare a good future application. In this paper, the development of the research in the dis-persibilit and stability of nanodities in lubricans is introduced. The efet of the nanoditives in the pro-tect the enrvironment is summarised. The tribology mechanism is discussed. And the future dereloprment of nano-additives in lubricants are put fonward.Key words :nanophase materials; additive; tribology performance ; tribology mechanism0引言長(cháng)期計劃間。由于納米材料具有比表面積大、高擴散納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納性 、易燒結性、熔點(diǎn)低、硬度大等特性,所以將納米粒米尺度范圍內,或由納米基本單元構成的材料“".由子作為添加劑應用于潤滑油中.會(huì )以不同于傳統添加于納米材料具有界面與表面效應、量子尺寸效應.小劑的作用方式起到減摩抗磨效果.這種新型潤滑材料尺寸效應和宏觀(guān)量子隧道效應,賦予了其不同于傳統不但可以在摩擦表面形成一層易剪切的薄膜降低摩材料的各種獨特性能,使其具備了特殊的光學(xué)、熱學(xué)、擦因數, 而且還能對摩擦表面進(jìn)行-定程度的填補和磁學(xué)、力學(xué)以及化學(xué)方面的特殊性能,從而使它在光修復,起到自修復作用”。因此,納米潤滑油添加劑具吸收、光電轉換、傳熱磁記錄催化燃料、涂料等方有突出的抗極壓性能和優(yōu)異的抗磨性,較好的潤滑性面具有重要的應用價(jià)值和廣闊的開(kāi)發(fā)前景.能,適合在重載,低速、高溫下工作.應用納米材料添隨著(zhù)納米技術(shù)的持續進(jìn)展,納米材料的研究和應加劑,對摩擦后期摩擦因數的降低可起到?jīng)Q定性作用范圍也在不斷擴大.納米潤滑材料作為有望率先得用,解決了常規載荷添加劑無(wú)法解決的問(wèn)題.到大規模應用的品種之一,得到了世界各國的高度關(guān)論文總結和探討納米材料在潤滑油中的分散穩注.如美國的“國家納米技術(shù)計劃( NNI)"中將設計和定性及應用現狀、納米添加劑的潤滑機理,并對納米制造能進(jìn)行自修復的納米材料作為可能取得突破的潤滑材料的發(fā)展方向提出建議.收稿日期2008-10-14基金項目:上海巾教委科研項目(0672008);上海市教委重點(diǎn)學(xué)科建設項目(J50603)作者簡(jiǎn)介:朱光耀< 1981-) .男.碩士生,研究方向:摩擦學(xué)和輪機修造.中國煤化工30第二期2009年技術(shù)篇MYHCNMHG劑，且把吐溫-20、吐溫60、司班20和聚醚按質(zhì)量比21納米材料在潤滑體系中的應用:2:1:1的比例攪拌均勻,使含CeO,和CaCO,納米粒1.1納米潤滑添 加劑的分類(lèi).*子混合液的分散性和穩定性得到顯著(zhù)的提高.研究還目前用作潤滑添加劑研究的納米材料歸納起來(lái)發(fā)現聚醚可大大提高混合液的穩定性.張淑霞等”研主要有以下幾類(lèi):究了TiO2的無(wú)機包覆,在TiO2表面包覆~層保護膜，1)納米金屬單質(zhì)粉體使之與周?chē)橘|(zhì)之間形成一道屏障,從而降低TiO2納米金屬單質(zhì)粉體主要包括納米銅、納米鉛、納的光化學(xué)活性.有利于提高Ti02的分散性、耐候性、米錫、納米鋅等.抗粉化性.當然,選擇表面活性劑不僅要考慮其油溶2)納米碳材料及其衍生物.分散性,還要考慮表面活性劑解吸后在油中要有良好此類(lèi)粉體中以富勒烯C。、納米金剛石、納米石的摩擦學(xué)性能.目前采用的表面修飾劑主要有:二烷墨碳納米管最具代表性.基二硫代磷酸( DDP),烷基磷酸醋,硬脂酸,油酸，3)納米氧化物EHA和含N有機化合物等利。此類(lèi)添加劑包括如Fe,0,、Pb0 、Ti02等納米粒1.3 納米添加劑的摩擦學(xué)行為研究子從20世紀80年代至今,中外的科研人員對納米4)納米硫化物材料在摩擦學(xué).上的應用進(jìn)行了大量的研究工作,下面此類(lèi)添加劑包括如MoS,、ZnS等納米粒子.介紹從抗磨減摩性能和極壓性能兩個(gè)方面的進(jìn)展.5)納米硼系化合物1.3.1摩擦性能此類(lèi)添加劑包括如硼酸鈣、硼酸鎂硼酸鈦、硼酸A. Hemandez Battez 等:°]將Cu0,Zr02和ZnO納銅等.米微粒分別添加到polyalphaolefin( pao6)中,并研究6)納米稀土化合物其摩擦學(xué)性能,發(fā)現質(zhì)量分數為0.5%的ZrO,和Zn0納米稀土化合物包括LaF, .CeF,等納米粒子.潤滑油表現出最好的摩擦學(xué)行為,展現出最高的抗磨7)高分子納米微球減摩價(jià)值而含氧化銅粒子的納米潤滑油,當質(zhì)量分高分子納米微球主要包括聚苯乙烯( PS)納米微數為2%時(shí)表現出最好的協(xié)同效應和最低的摩擦效球、具有核殼結構的聚苯乙烯/聚甲基丙烯酸甲酯果.趙修臣等10]在四球機上考察了添加不同體積分(PS/PMMA)納米微球等.數的Sn納米粒子潤滑油的摩擦學(xué)性能,以添加納米1.2納米潤滑添 加劑的分散穩定性研究Sn粒子的潤滑油進(jìn)行摩擦試驗時(shí).當添加的體積分無(wú)機納米粒子油溶性差,一般是靠分散劑的作用數在0.025%-1.5%之間時(shí)，對應的磨斑直徑和摩擦或借助強力攪拌超聲分散將納米粒子分散在基礎油力 均低于基礎油的磨斑直徑和摩擦力.尤其當添加體中.但是由于納米粒子具有比表面積大、表面能高、表積分數為0.1%的納米Sn粉時(shí).磨斑直徑和平均摩面活性大、吸附作用強的特點(diǎn)、有強烈的不穩定性，因擦力均達到最小值;其中,摩擦力為2.36N,比基礎油此納米材料在潤滑油中的分散及穩定成為限制其在的摩擦力降低了16.64%,而磨斑直徑為0.47mm,比潤滑油添加劑中應用的主要問(wèn)題之一.研究人員采用基礎油摩擦時(shí)的磨斑直徑降低了38. 4%.劉仁德了多種方法消除納米粒子的團聚現象,并取得了一定等"的研究結果說(shuō)明,經(jīng)過(guò)表面改性的納米銅粒子的進(jìn)展.能夠有效地改善基礎油的摩擦學(xué)性能.在26"白油中，科研人員采用欽偶聯(lián)劑對納米金剛石粉和石墨當納米銅添加劑的質(zhì)量分數為5.0%時(shí),其磨斑直徑進(jìn)行改性處理,能夠得到表面具有親油單分子膜的納值最小,為基礎油的76. 6% ;添加劑含量減少時(shí),磨米顆粒用作潤滑油添加劑.研究表明,納米微粒的表斑直徑值略有增加,但均小于基礎油的磨斑直徑,說(shuō)面改性能顯著(zhù)改善其在潤滑油中的懸浮穩定性,表面明納米銅有良好的抗磨能力.陳爽等12把油酸修飾改性的納米微粒和多功能復合潤滑油添加劑復配體PbS納米粒子作為潤滑油添加劑.可以明顯提高基礎系具有優(yōu)異的抗磨減摩性和很高的承載能力9].油的減摩能力,而且摩擦因數隨著(zhù)負荷的增大略有減采用乳狀液合成后相轉移法,使制備的納米粒子小趨勢.當負荷為300時(shí),可以使基礎油摩擦因數降從水相轉到油相,是解決納米粒子在潤滑油中的分散低33% ,而純液體石蠟潤滑下,不同的負荷時(shí)摩擦因穩定性問(wèn)題的途徑之一.上海海事大學(xué)顧彩香等'選數基中國煤化工擇吐溫-20,吐溫60,司班-20和聚醚作為表面活性IYHCNMHG技術(shù)篇2009年第二期31李慶柱等”將粒徑為20-30nm的La20,粒子加化合物.提高石墨在摩擦表面的附著(zhù)力而形成復合.入到5O0SN的基礎油中.使潤滑油具有優(yōu)異的極壓性膜;胡澤善等”)認為硼酸銅顆粒在摩擦表面發(fā)生摩能當添加的粒子質(zhì)量分數為0.8%時(shí),Pp值提高了擦化學(xué)反應,生成了由B,0,及FeB等組成的表面保40. 8% .郭志光等“41的研究表明有機鉬及其復合納護膜.這種情況可以理解為納米顆粒在摩擦作用、摩米潤滑添加劑對于鋼/鋼摩擦副具有優(yōu)異的抗磨減摩擦化學(xué)作用和摩擦電化學(xué)作用下,摩擦副與潤滑材料作用,并具有良好的抗極壓性能.用N68ME添加劑之間產(chǎn)生能量交換 和物質(zhì)交換.從而在摩擦表面上形時(shí),其P。值達到1250N,經(jīng)過(guò)2h后摩擦副的磨損量成保護膜,起到抗磨臧摩作用;劉維民”認為由于在幾乎為0.張志梅等[°將粒徑為20-30nm的銅或錫加摩擦過(guò)程中形成了納米顆粒沉積膜以及由潤滑劑活人到QD30潤滑油中,潤滑油的極壓性能有所提高，性元素同金屬摩擦副表面相互作用生成的摩擦化學(xué)如把納米銅與納米錫- - 起加入,潤滑油的極壓性能提反應膜,二者組成復合邊界潤滑膜,從而有效地提高高更加顯著(zhù).董凌等i6)在給定的試驗條件下,合成的潤滑劑的摩擦學(xué)性能.SiO2/MgO復合納米粒子添加劑具有優(yōu)良的極壓抗磨2.3 修復作用理論減摩性,其添加量在500SN基礎油中有一最佳值,當這種理論認為由于納米粒子粒徑小,在壓應力的添加質(zhì)量分數大于10%時(shí),四球試驗后鋼球的磨斑作用下易于沉積于磨損表面微觀(guān)缺陷區域,從而對磨直徑最小,P。值最高.損表面起到修復作用. (1)如CuS納米顆粒121等極細的納米顆?？梢蕴畛湓诠ぷ鞅砻娴奈⒖雍蛽p傷部位;2納米潤滑油添 加劑的作用機理(2)郭延寶等2人提出如果摩擦磨損的零件某項指納米潤滑材料作為添加劑具有明顯的減摩抗磨標能夠反映其新舊程度,并且在添加修復劑后其舊態(tài)作用,但其作用機理有待于進(jìn)一- 步深人研究論證.對指標向新態(tài)指標轉變,那么就可判定修復劑有自修復其作用機理的分析,目前主要有以下幾種理論.效果.卓洪等“在這個(gè)觀(guān)點(diǎn)下做了以下實(shí)驗:利用高2.1“ 滾珠軸承"作用理論精度液壓式往復試驗機研究了納米羥基磷酸鈣、納米這種理論認為納米粒子尺寸較小，近似球形,在二氧化鈦納米氮化鈦三種納米舔加劑潤滑條件下摩擦副間可以起到微型球軸承的作用,減少了摩擦阻GCr15/45鋼對摩時(shí)的摩擦磨損性能,通過(guò)掃描電子力,降低了摩擦因數,減少了磨損,從而提高了摩擦表顯微鏡和EDX能譜對磨斑進(jìn)行了微觀(guān)分析.并得到面的潤滑性能.了如下的結論:a.納米潤滑添加劑可以降低摩擦副摩顧卓明等"7]認為納米材料粉末顆粒近似為球擦因數和材料磨損量,表現出優(yōu)良的抗磨損性能;b.形,它們起類(lèi)似微型“球軸承"的作用,從而提高了摩三種納米添加劑具有不同的自修復機制.其中,納米擦表面的潤滑性能.李寶良等[舊]認為潤滑油最大無(wú)羥基磷酸鈣和納米二氧化鈦的修復機制主要為鋪展卡咬負荷的大幅提高,可以認為是納米粒子在摩擦表成膜自修復,而納米氮化釹為鋪展成膜自修復和原位面起支撐負載荷的“滾珠軸承”作用,即納米粒子的摩擦化學(xué)自修復并存;c.納米氮化鈦的自修復效果最尺寸小可以近似看作球型,在摩擦副間像鵝卵石~佳 ,納米二氧化鈦的自修復性能最差.樣,起支撐負荷的“滾珠軸承"作用而提高潤滑油的抗磨抗極壓性.3納米潤滑油 添加劑在環(huán)保方面的作用這種“滾珠軸承"的摩擦機理目前還缺乏進(jìn)一步.金屬納米添加劑對于環(huán)境保護的作用體現在它的實(shí)驗支持.所具有的如下優(yōu)點(diǎn):當存在化學(xué)展蝕氣氛、油中有害2.2薄膜理論雜質(zhì)或酸性蒸汽時(shí).金屬納米微粒形成的摩擦表面膜薄膜理論認為在摩擦過(guò)程中納米粒子在摩擦副還起到一個(gè)隔絕保護的作用.金屬微粒良好的導熱性上形成了一層納米薄膜.納米薄膜的性能不同于一般可保證高速運動(dòng)時(shí)摩擦熱的快速散發(fā),摩擦界面不會(huì )的薄膜,它的韌性,抗彎和強度均大大優(yōu)于- -般薄膜.產(chǎn)生過(guò)熱.納米金屬微粒膨脹系數與摩擦副材料接這層膜減小了摩擦,提高了承載能力,從而減輕了磨近.使得摩擦零件不會(huì )由于溫度升高而導致公差顯著(zhù)損.變化.金屬添加劑一般不含重金屬,因此潤滑油的排楚金鳳等(叫認為石墨微細分散于潤滑油中顯著(zhù)放物不會(huì )帶來(lái)環(huán)境污染.改善極壓工況下的潤滑特性,油膜承載能力明顯提中國煤化工劑，能夠在金屬表高.摩擦過(guò)程中石墨吸附含有活性元素或活性基團的面吸物質(zhì),并將它們有MHCNMHG32第二期2009年技術(shù)篇效地分散在潤滑油中,清潔發(fā)動(dòng)機此外,CaCO,納米進(jìn)展[J].材料學(xué)報,2001 ,14(8): 28-30.粒子能中和潤滑油使用過(guò)程中產(chǎn)生的硫酸.防止沉積[9] A. Hem? andezr Batter, R. Gon? alez, et al. CuO,物的形成和出現銹蝕.ZrO2 and ZnO nanoparticles a antiwear addive in oillubricants[ J}.wear ,265(2008) :422 428.而稀土納米粒子如La20,納米粒子在作為潤滑[10]趙修臣,宜瑜,劉穎,張弛.納米Sn粒子的制備及其油添加劑的作用則體現在可減少尾氣排放等方面.作潤滑油添加劑的摩擦學(xué)性能研究[J].潤滑與密封,2007(1) :108-110.4.展望納米顆粒作為潤滑油添加劑，因其具有優(yōu)異的減[11]劉仁德,梁敬輝陶德華,表面修飾納米銅粒子的制備及其摩擦學(xué)性能[J].潤滑與密封, 2007(3): 161-摩抗磨性能表現出了廣闊的應用前景.為進(jìn)-步推164.動(dòng)該領(lǐng)域研究的發(fā)展,作者認為今后還應在以下方面12]陳爽,劉維民.油酸修飾PbS納米粒子作為潤滑油添繼續開(kāi)展工作:加劑的SEM研究[J].五邑大學(xué)學(xué)報,自然科學(xué)版,1)活性劑的選擇是解決納米粒子在潤滑油中的2005 ,19(1):4-7. .分散及穩定性的重要突破口,也是納米添加劑能夠實(shí)[13]李慶柱,顧彩香顧卓明等納米La.0, 作為潤滑油際應用的前提.研究納米顆粒與其它添加劑的配伍情添加劑的抗磨減摩性能研究[J].航海技術(shù),2008況,即加強納米顆粒與油品兼容性方面的研究.(2)66-68.2)納米潤滑油的減摩抗磨機理現在有很多種,雖[14] 郭志光,顧卡麗,徐建生,等有機鑰及其復合納米潤然有些已經(jīng)應用于解釋各種抗磨減摩現象,并取得了滑添加劑的摩擦磨損性能研究[J].摩擦學(xué)學(xué)報，一定的成果,但還缺乏進(jìn)-步的實(shí)驗驗證.2005 ,25(4) :317-319.3)對納米潤滑材料的研究,從發(fā)展趨勢來(lái)看,應[15]張志梅，古樂(lè ),齊毓霖.等納米級金屬粉改善潤滑油摩擦性能的研究[J].潤滑與密封,2000,(2) :37-40.當注意深入系統地研究納米顆粒組成、粒徑、修飾劑[16]董凌,陳國需,方建華,等. SiO2/MgO復合納米添加成分等對潤滑劑性能的影響.探討抗磨或“自修復"劑的摩擦學(xué)和磨損修復性能研究[J].潤滑與密封,機制,以指導納米潤滑添加劑的研究開(kāi)發(fā).同時(shí)還應2005(5) :26-28.進(jìn)一步設計和發(fā)展具有良好抗磨性能、提高承載能[17]顧卓明,顧彩香,王仁兵,等納米碳酸鈣用作潤滑油力、對磨損表面具有一定磨損修復功能、對環(huán)境無(wú)污添加劑的研究[J].上海海運學(xué)院學(xué)報,2003 ,24(3):染或少污染的新型納米潤滑油添加劑,以滿(mǎn)足高科技227-231.應用和環(huán)保方面的需要.[18]李寶良,余安,江親瑜.納米潤滑油添加劑摩擦學(xué)性能試驗研究[J].大連鐵道學(xué)院學(xué)報,2005 ,26(4):22-參考文獻:2[1]袁哲俊.納米科學(xué)與技術(shù)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè) [19]楚書(shū)鳳,金芝珊,薛群基.天然鱗片石壘與油溶性添大學(xué)出版社,2005.加劑相互作用的研究[J].摩擦學(xué)學(xué)報,1997.17(4):[2]王曉勇,陳月珠納米材料在潤滑技術(shù)中的應用[J].340-347.2001 ,15(2) :27-30.[20]胡澤善,王立光,黃令,等.納米硼酸銅顆粒的制備及[3]歐文忠,徐濱士,馬世寧,等.納米材料在表面工程中其用作潤滑油添加劑的摩擦學(xué)性能[J].摩擦學(xué)學(xué)應用的研究進(jìn)展[J].中國表面工程,00,13(2):5-報,2000 ,20(4) :292-295.{21]劉維民.納米顆粒及其在潤滑油脂中的作用[J].摩[4]施利毅.納米材料[M].上海:華東理工大學(xué)出版社.擦學(xué)學(xué)報,2003 ,23(4) :265-267.[5]喬玉林.納米微粒的潤滑和自修復技術(shù)[M].北京: [22]王九,陳波水,候濱,等.潤滑油中CuS納米粒子的摩國防工業(yè)出版社,2005.擦學(xué)性能研究[J].潤滑與密封,2001(2) :42-43.[6] Caizing Gu, Qingzhu Li, Zhuoming Gu, et al Study [23] 郭延寶,徐濱士,許一.原位檢驗潤滑油添加劑自修on the Application of CeO2 and CaCO, Nanopaticles in復性能的方法探討[J].潤滑與密封, 2005(3): 68-Lubricating Oils[J], Joumnal of Rare Earths, 2008 ,2669(2): 163.167.[24]卓洪,王文健，劉啟躍.不同納米添加劑下GCr15/45[7]張淑霞,李建保,張波,等TiO顆粒表面無(wú)機包覆的鋼自修復性能研究[J].潤滑與密封,2007(8); 46-研究進(jìn)展[J].化學(xué)通報,2001(2) :71-75.中國煤化工[8]歐文忠,徐濱士,丁培道,等納米潤滑材料應用研究MYHCNMHG技術(shù)篇2009年第二期33