纳米颗粒添加剂在润滑油中的应用

纳米颗粒添加剂在润滑油中的应用

黄昆

(广西大学材料科学与工程学院材卓121)

摘要：纳米材料科学的发展推动了纳米润滑技术的发展，纳米级材料作为润滑油添加剂的研究已受到广泛关注。已经发现的纳米金属、纳米氧化物、纳米硫化物、碳纳米管、富勒烯、金刚石以及纳米磁性颗粒等都能使润滑油的润滑性能大幅提高。该文综述了各种纳米颗粒润滑油添加剂的摩擦学性能，探究了它们的润滑机理。基于大量的实验研究结果比较了他们性能的优劣，提出纳米磁性颗粒作润滑油添加剂有其它材料不可比拟的优势，指出如何提高添加剂的分散稳定性是提高润滑油润滑性能的关键问题。

关键词：纳米颗粒；添加剂；润滑油

The Application of Nano—Particle Additives in Lubricating Oil

Huangkun

( Zhuo 121 Guangxi university of materials science and engineering materials) Abstract:The development of nanomaterials science to promote the development of the nanometer lubricating technology, nanoscale materials as lubricating oil additives research has attracted much attention. Have found that the nanometer metal, nanometer oxide, nanometer sulfide, carbon nanotubes and fullerene, diamond and nanometer magnetic particles can make lubricating oil lubrication performance is greatly increased. This paper summarizes the tribological performance of various nanoparticles lubricating oil additive, explores their lubrication mechanism. Based on lots of experimental results compared their advantages and disadvantages, the performance of magnetic nanoparticles as lubricating oil additive has other materials incomparable advantages, points out how to improve the dispersion stability of additive is a key problem to improve the performance of lubricating oil.

keywords：Nanoparticles；additive；Lubricating oil

1概述

表面磨损是机械零件失效的主要形式，因此摩擦磨损和润滑理论是机械学的重要课题。随着工业技术的发展设备不断向高速、重载、集成化、高精度方向发展，由于机械运行条件的苛刻及内部温度过高导致的摩擦磨损已成为提高机械寿命的最大制约因素，实践的需求推动了润滑伦理研究的发展。一种广泛接受的观点认为没有润滑的情况下摩擦力的来源分为两个方面：一是滑动时接触点粘着点被剪断；二是硬金属表面的微凸体嵌入软金属表面，运动过程中产生推碾和犁沟效应。传统的润滑主要基于两个原理：利用流体压力分隔表面，避免接触；以牺牲性的表面化学膜保护表面，避免粘着和磨粒磨损的损伤。因此润滑油在改善机构润滑状态中起着关键的作用。为了改良润滑油的技术指标，以取得更好的润滑效果，纳米颗粒作为添加剂在润滑中得到了广泛的应用。纳米颗粒添加剂能显著

改善润滑。一方面纳米微粒加入润滑油中能改善润滑油的物理性能，如降低润滑剂的凝点，消除泡沫提高粘度，改善粘温特性等，从而提高零件的减膜和抗磨性；另一方面纳米微粒由于尺寸极小且形状类似圆形，可在零件相对运动是产生微轴承效应，变滑动摩擦为滑动和滚动复合摩擦，起到减小摩擦的作用；最主要的是纳米微粒能对受损零件表面进行自修复。纳米微粒具有很高的表面能能吸附在金属表面，形成吸附膜，随着运动的进行温度的升高纳米微粒渗透到材料表面在表面使材料的硬度大幅提高，抗磨能力大大加强。同时由于颗粒尺寸很小远远小于摩擦副表面磨损产生的磨痕，因此可以填补金属表面磨痕，从而达到修复损伤的功能，这就是所谓的自修复功能。本文对纳米颗粒添加剂在润滑油中的应用进行综述，介绍了常用的几类纳米润滑添加剂和他们的摩擦学性能，对他们的润滑机理进行了探讨，比较了它们的性能优劣。[ 1 ]

2金属单质纳米颗粒：铜、锡等作为润滑油添加剂的性能

超细金属粉以适当方式分散于各种润滑油中可形成一种稳定的悬浮液，这种润滑油每升中含有数百万个超细金属粉末颗粒，它们与固体表面相结合．形成一个光滑的保护层，同时填塞微划痕，从而大幅度降低摩擦和磨损，尤其在重载、低速和高温振动条件下作用更为显著．而在润滑介质添加剂中应用较多的金属纳米粉，包括铜、镯、银粉末等，这些金属纳粉有着与传统添加剂不同的减摩抗磨机理．在对载荷和转速对含纳米铜粉润滑油性能的影响。纳米添加剂的润滑油在低负荷下的抗磨性能并不理想，而在中、高载荷和转速下可以减少磨损，而且随载荷和转速的增加，磨损增加的趋势变缓。这是因为在低负荷下，一般润滑油可以形成混合润滑或流体润滑，这时纳米微粒的存在，一方面会对油膜的形成有不利的影响，另一方面低载时表面沉积的微粒也少，运转中反而有一定的冲蚀磨损作用；而在中、高负荷下，纳米添加剂形成的物理吸附膜或沉积膜起作用，并且纳米铜粉还可以在高载荷下碾压成膜，有承载和表面改性的双重功能，因而减少了磨损。最后得出结论(1)润滑油中添加纳米铜粉可以降低摩擦，减少磨损，并可大大提高润滑油承载能力。(2)添加纳米铜粉的润滑油更能适应高速重载和瞬时失油等特殊工况。[2 ]

徐建林作者采用Sb 纳米颗粒作为润滑油添加剂，研究不同摩擦条件下Sb 纳米颗粒作为润滑油添加剂的摩擦性能的实验中发现：

1) 当摩擦载荷为30、60 和90 N 时，在900SN基础油中添加Sb 纳米颗粒可不同程度地提高基础油的抗磨减摩性能。在实验中，当Sb 纳米颗粒添加量为0.50%、摩擦载荷为90 N 时，润滑油具有优良的减摩性能；当摩擦载荷为30 N，不同添加量Sb 纳米颗粒的润滑油均具有优良的抗磨性能。

2) 当摩擦载荷一定时，随着基础润滑油中Sb 纳米颗粒添加量的增加，摩擦副间的摩擦因数呈现先下降后上升的趋势。在Sb 纳米颗粒添加量为0.50%时，摩擦因数最低值。

3) Sb 纳米颗粒作为润滑油添加剂，在摩擦过程中起到动态自修复作用，同时其还可以附着在摩擦表面，对摩擦副表面起到保护效果，从而有效地改善润滑油

的抗磨减摩性能。[ 3 ]

3.氧化物纳米颗粒作为润滑油添加剂的性能

氧化物颗粒应用用于润滑油添加剂也是一个重要的研究方向，这些氧化物主要是氧化锌、三氧化二铝、氧化铅、氧化锆、氧化硅和一些氧化物复合纳米添加剂。能显著改善其润滑性能，尤其可以有效提高润滑脂的极压抗磨性，延长润滑脂和设备的使用寿命。