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納米潤(rùn)滑油添加劑抗磨減摩性能研究
【摘要】納米粒子作為添加劑加入潤(rùn)滑油中時(shí)，能在重載、高速、高溫、低溫、污染程度大等環(huán)境下對(duì)摩擦副起到很好的潤(rùn)滑效果。通過(guò)以百順納米潤(rùn)滑添加劑作為實(shí)驗(yàn)材料，以四球摩擦試驗(yàn)機(jī)為實(shí)驗(yàn)設(shè)備，研究不同配比下這種納米材料添加劑的抗磨減摩性能，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析比較，為納米材料作為潤(rùn)滑油添加劑的研究提供了可靠的數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)分析。
【關(guān)鍵詞】潤(rùn)滑油；納米材料；納米粒子添加劑；抗磨減摩
引言
隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，車輛和機(jī)器的更新?lián)Q代加速并日益專門化，性能良好的潤(rùn)滑油是保證車輛和機(jī)器正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的重要因素。潤(rùn)滑油性能的好壞關(guān)鍵是看潤(rùn)滑油中添加劑的含量及性能，正如基礎(chǔ)油質(zhì)量是根本，而添加劑是潤(rùn)滑油的精髓。傳統(tǒng)的含S，P，Cl系添加劑的潤(rùn)滑油已經(jīng)無(wú)法滿足在極壓、高速條件下的潤(rùn)滑能力，同時(shí)也不符合環(huán)保的要求。因此，新型的、環(huán)境友好的納米潤(rùn)滑油添加劑的研究開(kāi)發(fā)受到國(guó)內(nèi)外眾多摩擦學(xué)專家和潤(rùn)滑油品研制開(kāi)發(fā)人員的廣泛關(guān)注。
1、實(shí)驗(yàn)方案
本課題的研究目的是考察納米潤(rùn)滑添加劑材料對(duì)潤(rùn)滑油的抗磨減摩性能是否有所提高，并選用長(zhǎng)城華星SF級(jí)15W/40潤(rùn)滑油作為基礎(chǔ)油樣，四球摩擦試驗(yàn)機(jī)作為實(shí)驗(yàn)設(shè)備，百順納米潤(rùn)滑添加劑作為實(shí)驗(yàn)添加材料，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)納米添加劑材料是否對(duì)潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑性能有所影響。為了是實(shí)驗(yàn)更具可靠性，本研究根據(jù)各種添加劑使用說(shuō)明要求確定實(shí)驗(yàn)用油配比，然后選取適量的油樣分別在四球摩擦試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行摩擦實(shí)驗(yàn)。
2、實(shí)驗(yàn)部分
2.1實(shí)驗(yàn)試劑與儀器
實(shí)驗(yàn)試劑見(jiàn)表1，實(shí)驗(yàn)儀器見(jiàn)表2。
表1 實(shí)驗(yàn)試劑
名稱 規(guī)格 產(chǎn)地
基礎(chǔ)油 長(zhǎng)城華星潤(rùn)滑油 SF級(jí) 15W/40
添加劑 百順柴油引擎護(hù)理劑
表2 實(shí)驗(yàn)儀器
設(shè)備名稱 生產(chǎn)廠家
電子天平 上海精密科學(xué)儀器有限公司
KQ-100 E超聲波分散儀 昆山市超聲儀器有限公司
MJ一800型四球試驗(yàn)機(jī) 廈門材料試驗(yàn)機(jī)廠
2.2實(shí)驗(yàn)試樣的配制
實(shí)驗(yàn)試樣比例的選擇與配制
根據(jù)各種添加劑使用說(shuō)明的要求確定實(shí)驗(yàn)用油配比（百順柴油引擎護(hù)理劑4.45%）。實(shí)驗(yàn)試樣的配制是四球?qū)嶒?yàn)中必不可少的一個(gè)步驟。由于在做四球?qū)嶒?yàn)測(cè)定承載能力時(shí)重復(fù)性不太好，所以調(diào)制的油品量不宜太少，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要確定每組分油樣配置60g，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)配制。由于各個(gè)組分油樣所添加納米添加劑量及其微小，一次配制容易造成實(shí)際配制出的油樣與理論配比有較大誤差，所以采用一次配比定量油樣，在進(jìn)行二次稀釋。
實(shí)驗(yàn)試劑一次配比如下：
百順 添加量10%=180g基礎(chǔ)油+20g添加劑
具體配比見(jiàn)表3（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。
表3 實(shí)驗(yàn)試樣具體配比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）
百順（4.45%） 1% 2% 3% 4% 5% 6%
二次配比 1%=54g基礎(chǔ)油+6g百順10% 2%=48g基礎(chǔ)油+12g百順10% 3%=42g基礎(chǔ)油+18g百順10% 4%=36g基礎(chǔ)油+24g百順10% 5%=30g基礎(chǔ)油+30g百順10% 6%=24g基礎(chǔ)油+36g百順10%
調(diào)油的具體步驟為
（1）在電子天平上精確稱取指定比例的添加劑放入已經(jīng)編好號(hào)的燒杯中，然后加入基礎(chǔ)油。這一步驟雖然簡(jiǎn)單但是卻很重要，由于添加劑的量都比較少，稍有疏忽就會(huì)給后續(xù)實(shí)驗(yàn)帶來(lái)很大誤差，以至于影響結(jié)果分析和性能測(cè)試。
（2）將稱取好的油品充分?jǐn)嚢瑁瑪嚢柚撂砑觿┩耆鶆蛉芙饧纯�，整個(gè)過(guò)程大致需要40分鐘左右。
2.3實(shí)驗(yàn)條件
四球?qū)嶒?yàn)所用鋼球?yàn)樯虾ｄ撉驈S生產(chǎn)的一級(jí)GCr15標(biāo)準(zhǔn)鋼球，硬度為60～65HRC，鋼球直徑為12.7mm，其化學(xué)組成（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)）為0.95%～1.05%C；0.15%～0.35%Si；0.24%～0.40%Mn；0.027%P；S 四球極壓實(shí)驗(yàn)的條件為：在室溫條件下，轉(zhuǎn)速為1450r/min，每次實(shí)驗(yàn)時(shí)間10s.實(shí)驗(yàn)后用裝有測(cè)微計(jì)的讀數(shù)顯微鏡測(cè)量油盒內(nèi)鋼球的磨痕直徑，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB
http://www.oriental01.com/news/55B9B304BC9EBB21.html 3142-82的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定潤(rùn)滑油的最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB值，一般一個(gè)油品需要經(jīng)過(guò)幾次重復(fù)測(cè)試才能測(cè)出它的值。四球磨損實(shí)驗(yàn)的條件為：在室溫條件下，轉(zhuǎn)速為1200r/min，實(shí)驗(yàn)力392N，每次時(shí)間為30min。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用裝有測(cè)微計(jì)的讀數(shù)顯微鏡測(cè)量三個(gè)下試球的磨斑直徑（WSD），并求出平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，三次平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果與平均值的差值不大于5%。
每種組分的油樣測(cè)定2個(gè)指標(biāo)：
1）最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB。在實(shí)驗(yàn)條件下使鋼球不發(fā)生卡咬最高負(fù)荷。它表示潤(rùn)滑油的油膜強(qiáng)度，在該負(fù)荷下摩擦表面間能保持完整的油膜
2）磨斑直徑。40千克力數(shù)負(fù)荷下四球機(jī)上30分鐘實(shí)驗(yàn)后，測(cè)得鋼球的磨斑直徑。
3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理及討論
表4 百順納米潤(rùn)滑添加劑實(shí)驗(yàn)結(jié)果
百順% 1% 2% 3% 4% 5% 6%
磨斑直徑（mm） 0.730 0.595 0.425 0.425 0.420 0.438
PB值（N） 880 940 940 940 940 1000
根據(jù)表4數(shù)據(jù)繪出不同配比百順納米潤(rùn)滑添加劑磨斑直徑曲線圖1。
可以看出潤(rùn)滑油加入從1%到3%百順柴油引擎護(hù)理劑對(duì)潤(rùn)滑油的磨斑直徑影響很大，在配比增大為3%后百順柴油引擎護(hù)理劑對(duì)基礎(chǔ)油的磨斑直徑影響穩(wěn)定，磨斑直徑大約在0.42mm左右，6%的上升較小考慮到偶然因素可以忽略。
根據(jù)表4數(shù)據(jù)繪在不同配比下百順納米潤(rùn)滑添加劑的最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB曲線圖2。
百順柴油引擎護(hù)理劑配比由少到多，最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB值在增長(zhǎng)從880N到1000N，其中2%-5%時(shí)最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB值穩(wěn)定在940N，在6%最優(yōu)為1000N。
結(jié)論
1.磨斑直徑：百順納米潤(rùn)滑添加劑在配比增大為3%后百順柴油引擎護(hù)理劑對(duì)基礎(chǔ)油的磨斑直徑影響穩(wěn)定。
2.最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB值：百順納米潤(rùn)滑添加劑在2%-5%時(shí)PB值趨于穩(wěn)定。
3.由于最大無(wú)卡咬負(fù)荷PB和磨斑直徑都跟添加劑與鋼球之間的有序膜形成、化學(xué)吸附和反應(yīng)有關(guān)，若實(shí)際齒輪與鋼球的材質(zhì)不同，勢(shì)必導(dǎo)致潤(rùn)滑油在兩種摩擦副上的作用不同，從而不存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。
參考文獻(xiàn)
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