亲油性纳米铜粉的制备及原位合成纳米铜润滑油性能研究

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纳米材料具有特殊的物理和化学性质被广泛应用于各个领域。纳米铜粉添加剂润滑油可以大幅度提高高速运转部件的耐磨性能。但纳米铜粉极易发生团聚，使得纳米材料的应用受到极大的限制。因此，在制备纳米铜润滑油的过程中，实现纳米铜粉的有效分散有着重要的科学意义和应用价值。
　　本文利用课题组自行研制的油幕喷淋循环电爆装置原位合成纳米铜润滑油，同时在基础油中添加不同浓度的丁二酸二异辛酯来提高纳米铜颗粒的分散性。采用X射线衍射分析仪（XRD）、透射电镜（TEM）表征纳米铜粉的成分和形貌特征。研究结果表明，纳米铜粉形态为球形或类似球形，粒径范围主要分布在10~20nm。通过静置沉降法及紫外-可见分光光度计（UV-Vis）检测吸光度法，表征纳米铜润滑油的分散稳定性能，并确定出最优的分散剂浓度。当分散剂的浓度为3％时，纳米铜粉在基础油中的沉降率为最小，吸光度值最大，即分散稳定性能最好。采用S RV-4微动摩擦磨损试验机对不同分散剂浓度下的纳米铜润滑油进行摩擦磨损实验，分别检测摩擦系数和磨斑直径，并对盘基体磨痕形貌在SEM下观察，从而综合分析评价该润滑油的减摩性能。结果表明，当分散剂浓度为3%时，在该润滑油下的摩擦系数和磨斑直径都最小，摩擦系数比基础油的减少了47.3%，磨斑直径比基础油的减少了31.6%，基体磨痕形貌较轻微磨损。另外，在最佳分散剂浓度下，改变纳米铜粉的添加量进行摩擦磨损实验，确定出了减摩效果最优情况下的铜粉添加量（0.3mg/ml），此时，摩擦系数比基础油的减少了54%，磨斑直径减少了37%。
　　最后，结合纳米铜粉添加剂的分散性及磨痕表面元素分布（EDS），分析了纳米铜润滑油的减摩机理。结果表明：Cu元素沉积在磨痕表面，且分布均匀，无明显偏析聚集现象，这说明原位合成纳米铜润滑油中的纳米铜粉已完全浸润并均匀分散其中。由于制备的纳米铜粉粒径小，基本呈球形状，一方面在摩擦副表面自由滚动，支承载荷，提高了润滑油的摩擦学性能；另一方面，纳米铜颗粒的熔点很低，延展性又好，并且Cu和Fe的原子半径非常接近因此在摩擦接触区的高温下熔融铺展形成致密的保护膜，由于这层保护膜的剪切强度比较低，可以减少摩擦界面的粘着磨损，故表现出良好的减摩抗磨性能。

著录项

作者
徐旭;
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作者单位

兰州理工大学;

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授予单位兰州理工大学;
学科材料加工工程
授予学位硕士
导师姓名路文江;
年度 2015
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TG146.11;TE626.3;
关键词
纳米铜粉; 原位合成; 纳米铜润滑油; 摩擦学性能; 减摩机理;

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