納米粒子改善潤滑油摩擦磨損性能機理的評述呂君英。龔兒郭亞平哈爾濱工程大學化工學院。黑龍江哈爾濱150001室溫超塑延展性的實驗結(jié)論。以及納米粒子作為潤滑油添加劑的最新研究成果。提出了納米粒子改善潤滑油摩擦磨損性能的擴散蠕變機理。

　　摩擦磨損是普遍存在的自然現(xiàn)象，摩擦損失了世界次性能源的13以上，而采用潤滑油則是降低摩擦減小或避免磨損的有效技術(shù)。現(xiàn)代潤滑油質(zhì)量的提高，是添加劑復配技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，大多潤滑油加多種有機成無機液態(tài)或固態(tài)添加劑，并借助添加劑的物理吸附化學吸附以及化7反應來實現(xiàn)良好的潤滑1.納米級金屬粉作為新型固體潤滑劑國內(nèi)外研兄并證明金屬粉具有很好的極壓抗磨性能。但是前關(guān)于納米粒子作為潤滑油添加劑使用的作用機理方面的研究結(jié)論還存在很大爭議，對于己提出的有關(guān)潤滑機理還需加以實驗驗證3.

　　1納米粒子添加劑改善摩擦磨損性能機理的研究狀況摩擦過程非常復雜，有關(guān)其機理的研究也就十分閑難。研究明。納米粒子的潤滑效果強烈的依賴于粒子的物理化學性質(zhì)種類大小基礎油類型添加劑的種類及用量接觸面的溫度等因素內(nèi)米粒具有的作多木體所+具備的特性以及受實驗設等條作的限制，使其摩擦學領(lǐng)域還需進步的驗證和完善3.

　　筆者通過理論分析和實驗研宄，提出納米粒子添加劑改荇潤滑油摩攛學性能的擴散蠕變機理，即如果將材料的晶粒尺寸減小到納米量級，那么這種材料將會在很低的溫度下發(fā)生擴散螺變，弁有很好的塑性變形能力6，鉀，知0pksticity.由于納米粒子具有室溫超塑延展性78，納米粒子在摩擦過程中，在定的負荷下可以伸縮變形。如摩擦接觸及血凸起，則納米粒7可被玉縮變平；如果接觸面廠凹。則納米粒子可以填充工件面微裂紋和微小缺陷部分。起到對磨損面的修復作用，最終使摩擦接觸面始終處于較為平整的狀態(tài)，從而起到改善潤滑油摩，磨損性能的效果。

　　2納米金屬粒子的室溫超塑延展性常規(guī)多晶固體的塑性形變主要有兩種微觀機制晶格位錯的運動和原子擴散蠕變。當溫度較低時，原子擴散能力較差，位錯運動就是大多數(shù)傳統(tǒng)材料的形變機制。作高溫，則由于原子的劇烈擴散品界擴散遠大于品μj擴，擴，蜢膃就成塑性形變的主導機制。其晶界擴散蠕變速率為，即1粒尺寸，5為常數(shù)，為晶界擴散系數(shù)，3晶界度。為8，1常數(shù)。品邦擴散蠕變速率，是由晶界擴散控制，它與晶粒尺寸的3次方。成反比，4品界擴散系數(shù)乃味成正比。這說明可以通過減小晶粒尺寸或，強晶界擴散系數(shù)，塊來提擴散速率。

　　某種材料的晶粒尺寸減小到納米試級。服么這種材料將會在很低的溫度下發(fā)生擴散懦變，并會有只即不，加，通過減小晶粒尺寸到納米級，納米晶體材料將具有很高的蠕變速率和很大的形變量，這樣就可能獲得具有室溫延展性陶瓷和擴散蠕變的純金屬。

　　近幾年的實驗結(jié)果與理論預測不符。大多數(shù)納米金屬樣品都很脆，室溫拉伸塑性差，擴散蠕變速率也非常低。其原因是由于納米樣品在制備過程中容易引入微孔隙污染界面弱連接等缺陷，這些缺陷可能成為變形過程中的裂紋源〃可納米粒子的純度和晶體結(jié)構(gòu)的完美性也是影響納米金屬樣品室溫超塑延展性的重要因素。近期，盧柯研究員領(lǐng)導的研究小組利用電解沉積技術(shù)成功地制備出高密度高純度的維塊狀納米晶體1樣。該樣品的平均晶粒尺寸為28±3，平均微觀應變?yōu)椋?.在室溫條件下冷乳，首次發(fā)現(xiàn)納米純金屬1的超塑延展性延伸率超過5 100，13等人認為除納米銅外，其他納米粒子也同樣具有超塑延展If由以上分析可知，如果將材料的晶粒尺寸減小到納米量級，那么材料將會在很低的溫度下發(fā)生擴散蠕變，并會有很好的塑性變形能九納米粒，室溫超塑延展性由以下的因素決定納米粒子晶體結(jié)構(gòu)的完美程度。納米粒于的粒社載荷的人小等。據(jù)此可以預測在納米粒子作為添加劑用于改善潤滑油的摩攛磨損性能的規(guī)汴如下納米粒廣的純度越晶體結(jié)構(gòu)越完美。則其室溫超塑延展性越好，因而作為潤滑油添加齊改片潤滑汕的摩擦磨損性能的效果越好。

　　納米粒子的粒徑越小，其室溫超塑延展性就越佳，則為添加劑改方潤沿油的摩擦磨損忭能的效果越好。

　　納米粒子有超過在定的載荷7才能衣現(xiàn)出超塑延展性，因此作為添加劑改善潤滑油摩擦磨損性能的效果在較高載荷下現(xiàn)明顯。

　　納米粒子的超塑延展性不僅適用于銅，還適用于其他金屬和合金，可其他納米粒子作為添加劑也可以改善潤滑油摩擦磨損性能。

　　3擴散蠕變機理的實驗驗證當材料的晶粒尺寸減小到納米量級時，擴散蠕貨就成了塑性形變的主導機制。因此納米粒子很好的塑性變形能力也就是說在相，低的，1影響材料超塑延展性面利用目前的最新研宄成果分別證明根據(jù)擴散螺變機理作出的推論。王九陳波水12等采用液相法制備了納米粒子，并對該粒子在潤滑油中，加入潤滑油中能極大地提高基礎油的抗磨減摩性能。夏延秋金壽曰切等在河500型環(huán)塊摩指磨損試驗機上研允丁納米級金屈粉8直徑在105，加入到礦物油中的潤滑性能。實驗明，加有納米級金屬粉的潤滑油現(xiàn)出優(yōu)良的抗磨性能。崔作林14利用200型磨損試驗機研究了銅納米粒子加入到潤滑油中的摩擦磨損性能，實驗明，加入銅納米粒子的潤滑油現(xiàn)出良好的抗磨性能。由以上納米粒子作為潤滑油添加劑的最新研宄成果驗證了納米粒子由于具有超塑延展性，作為潤滑油添加劑可以顯著改善潤滑油的摩擦磨損性能。在特定的摩擦學系統(tǒng)條件，納米粒廣粒徑的大小付潤滑劑的摩，系數(shù)也會產(chǎn)生較人出響余讓塵將透，屯鏡分析結(jié)果與摩擦試驗結(jié)果綜合分析可得摩擦系數(shù)與納米粒子粒徑之間的關(guān)系。實驗明，納米粒子粒徑有較佳的尺寸范圍，在該范圍內(nèi)，其潤滑效果極明顯，有眷普迪潤滑劑所不只備的優(yōu)異性能，在該范圍以外其效果不明顯。總的來看，納米粒子的粒徑越小，超塑延展性就越好，則摩擦系數(shù)越小，改善潤滑油的摩擦磨損性能越好。

　　夏延秋金壽日13等在，1500型環(huán)塊摩擦磨損試驗機上進行試驗。通過主軸旋轉(zhuǎn)使試環(huán)在試塊上轉(zhuǎn)動。定期測試摩撩系數(shù)和磨損試。實驗粉的潤滑汕基礎汕相比摩察系數(shù)相差+大。在較高載荷下100140，加入納米粒子添加劑納米粒子只有在定的載荷下才能現(xiàn)出超塑延展性，因此在相對較高的負載下與基礎油相比展現(xiàn)出優(yōu)良的潤滑效果這理論分析結(jié)果相致。

作者：佚名　　來源：中國潤滑油網(wǎng)