纳米铜在润滑油方面的应用
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添加不同纳米粉末添加剂润滑剂的性能对比 固体润滑剂 石墨 MoS2 pv因子（压力速度因子 ）/kN.(m .s )-1 700 3500 最大负荷 /kN.m -2 1400 17500 最大速率 摩擦系数 /m .s -1 0.50 0.20 0.10~0.20 0.10~0.20
PTFE
纳米金属粉末
500
4000
2500
>35000
0.02
0.15
0.10~0.60
0.10~0.18
纳米铜在润滑油中的应用
磨损、腐蚀、疲劳是机械材料 失效的三种形式。磨损造成的 经济损失十分巨大。全球一次 能源大约有1/3消耗于摩擦， 近80％的零件因磨损而报废。 使用润滑油则是降低摩擦、减 小或避免磨损的最有效手段。 而作为提高润滑油品质的润滑 油添加剂则是各国研究的重点 对象。在润滑油中添加材料制 成的润滑剂可显著提高其润滑 性能和承载能力、降低摩擦系 数、减少摩擦阻力、延长机器 寿命。
种团聚即使在润滑油中被强行分散，颗
粒之间也会在相互碰撞时再次团聚，从 而发生聚沉。而一旦发生团聚、沉淀或 变性，就不再具有原有的特性，同时还 可能对基于油润滑设计的机械系统造成 负面影响。因此，纳米铜颗粒作为润滑 油添加剂研究中需要解决的主要问题是 纳米颗粒在油性介质中的分散稳定性问 题。
改 善 方 法
Leabharlann Baidu
纳米铜添加剂的摩擦学作用机理
修复与填充机 制
“球轴承” 机制
成膜机制
“球轴承”机制 该机制认为，均匀分散在润滑油中的纳米铜颗粒 可以变摩擦副之间的滑动摩擦为滚动摩擦，同时 起到支撑的作用，表现出优异的抗磨减摩的抗挤 压性能。但实际上，对普通摩擦副而言，纳米铜 颗粒产生“球轴承”作用十分困难。目前只是人 们的一种设想，缺少实验数据的证明。 修复与填充机制 该机制认为，分散在润滑油中的纳米颗粒通过吸 附、沉积或镶嵌作用填补摩擦表面上的微损伤和 微划痕，使摩擦表面光滑、平整，有利于应力的 释放和改善摩擦，并具有一定的修复作用。
纳米铜的主要用途：
一、催化剂：纳米铜可以在石油化工中用作催化剂，研究表明，粒径大小 对铜粒子的催化活性影响较大，粒径越小，产物收率越高。 二、导电胶材料：其强度高且价格相较于其他贵金属低廉很多，在电子行 业中可代替其他金属采用铜银双金属粉末来制造导电胶、导电浆料、和电 极材料等。 三、高级润滑脂添加剂：这是目前最成功的应用之一。铜纳米微粒在摩擦 过程形成的电场作用下，通过电泳运动在摩擦表面沉积，形成致密的保护 膜，而表现出良好的抗磨减摩性能。同时在高载荷及高速下，纳米铜的添 加有效地提高发动机润滑油的抗磨性能，使发动机内易损件的适用寿命延 长。
射频等离子体法
纳米铜 制备方 法
丝爆炸法
激光-感应复合加热法
液相还原法
2CuSO4 +NaH2PO2+2H2O=NaH2PO4+2Cu+2H2SO4
工艺流程图
发展趋势 可采用纳米铜复合材料如纳 米铜—锡复合粉末纳米铜— 碳复合粉末等作为润滑油添 加剂，进一步提高纳米铜润 滑油添加剂的性能。
Thanks!
目录
1
纳米铜的特点
2 3
4
在润滑方面的应用 制备方法
发展趋势
纳米铜
主要特点： 相较于普通金属铜，反应活性和催化活 性大大提高。 纳米晶体铜强度比普通铜高5倍，在室温 轧制过程中出现超塑性延展性，延伸率超 过5100％，且不出现加工硬化。 其微粒强烈地趋向电中性。 在空中极易吸附氧并被氧化。 具有极强的光吸收能力。 低熔点。
•
成膜机制
纳米铜颗粒在摩擦表面通过物理、化学作用形成一层低剪切强度 的保护膜，变摩擦副之间的摩擦为保护膜的膜内磨损。
机械--化学反应 成膜
电泳运动--沉积 --铺展成膜
“冶金效应” 成膜
载体及物理化 学作用成膜
纳米铜影响摩擦学特性的因素
A 粒径和添加量的影响 由图可得，润滑油中纳米铜颗粒 的粒径存在一个较佳范围，粒径 尺寸为4~15nm时纳米铜颗粒的润 滑效果最佳，在此范围外，则不 甚明显。但由于制备和改性工艺 的不同，纳米铜颗粒的粒径及其 在润滑油中的分散稳定性的差异 和颗粒有效含量不同，使得这一 最佳添加范围尚未取得一致的实 验结果。 B 滑动转速和负荷的影响 研究表明：同低负荷相比，纳米铜在高负荷下 具有更好的摩擦学性能。对滑动速度的研究表 明：在低负荷时，纳米铜的减摩性随滑动速度 的减小而提高；在高负荷时，滑动速度对纳米 铜摩擦学性能的影响较小。
在水相或者醇水相中加入有机试剂。 再通过沉淀反应或者水解反应生成纳 米颗粒时，有机修饰剂通过键合或者 吸附作用镶嵌在纳米颗粒表面，得到 表面修饰的纳米颗粒，通过有机修饰 剂的亲油性，提高纳米颗粒的油溶性， 防止团聚和阻止纳米铜颗粒的氧化。 目前采用的有机修饰剂主要有油酸、 DDP、含氮的有机物等。
液相还原法
C
润滑介质的影 响：纳米铜颗 粒在各种润滑 油中都具有优 异的抗磨减摩 性能，只是在 不同的油品中 表现出的作用 效果因油品本 身的性能差异 而有所不同。
D
摩擦副材料的 影响：纳米铜 颗粒对钢 - 钢、 钢-铁、铁-铜、 钢 - 铝摩擦副都 有一定的抗磨 减摩作用，对 于硬度较低的 铜、铝等材料， 因在高负荷条 件下易发生塑 形变形，因此 作用效果同低 负荷条件相比 稍差。
E
纳米铜添加工 艺的影响：学 者研究了纳米 铜不同分散工 艺 对 润 滑 油 （SF15W/40 机油）摩擦学 性能的影响。 结果表明：采 用超声分散比 采用球墨分散 的减摩性能好。
纳米铜颗粒在润滑油中分散稳定性研究
纳米铜颗粒添加到润滑油中，因其粒度
为什么会存在这一问题？
小、表面能高，颗粒之间存在吸引力， 自动聚集的倾向很大，易发生团聚，这
PTFE
纳米金属粉末
500
4000
2500
>35000
0.02
0.15
0.10~0.60
0.10~0.18
纳米铜在润滑油中的应用
磨损、腐蚀、疲劳是机械材料 失效的三种形式。磨损造成的 经济损失十分巨大。全球一次 能源大约有1/3消耗于摩擦， 近80％的零件因磨损而报废。 使用润滑油则是降低摩擦、减 小或避免磨损的最有效手段。 而作为提高润滑油品质的润滑 油添加剂则是各国研究的重点 对象。在润滑油中添加材料制 成的润滑剂可显著提高其润滑 性能和承载能力、降低摩擦系 数、减少摩擦阻力、延长机器 寿命。
种团聚即使在润滑油中被强行分散，颗
粒之间也会在相互碰撞时再次团聚，从 而发生聚沉。而一旦发生团聚、沉淀或 变性，就不再具有原有的特性，同时还 可能对基于油润滑设计的机械系统造成 负面影响。因此，纳米铜颗粒作为润滑 油添加剂研究中需要解决的主要问题是 纳米颗粒在油性介质中的分散稳定性问 题。
改 善 方 法
Leabharlann Baidu
纳米铜添加剂的摩擦学作用机理
修复与填充机 制
“球轴承” 机制
成膜机制
“球轴承”机制 该机制认为，均匀分散在润滑油中的纳米铜颗粒 可以变摩擦副之间的滑动摩擦为滚动摩擦，同时 起到支撑的作用，表现出优异的抗磨减摩的抗挤 压性能。但实际上，对普通摩擦副而言，纳米铜 颗粒产生“球轴承”作用十分困难。目前只是人 们的一种设想，缺少实验数据的证明。 修复与填充机制 该机制认为，分散在润滑油中的纳米颗粒通过吸 附、沉积或镶嵌作用填补摩擦表面上的微损伤和 微划痕，使摩擦表面光滑、平整，有利于应力的 释放和改善摩擦，并具有一定的修复作用。
纳米铜的主要用途：
一、催化剂：纳米铜可以在石油化工中用作催化剂，研究表明，粒径大小 对铜粒子的催化活性影响较大，粒径越小，产物收率越高。 二、导电胶材料：其强度高且价格相较于其他贵金属低廉很多，在电子行 业中可代替其他金属采用铜银双金属粉末来制造导电胶、导电浆料、和电 极材料等。 三、高级润滑脂添加剂：这是目前最成功的应用之一。铜纳米微粒在摩擦 过程形成的电场作用下，通过电泳运动在摩擦表面沉积，形成致密的保护 膜，而表现出良好的抗磨减摩性能。同时在高载荷及高速下，纳米铜的添 加有效地提高发动机润滑油的抗磨性能，使发动机内易损件的适用寿命延 长。
射频等离子体法
纳米铜 制备方 法
丝爆炸法
激光-感应复合加热法
液相还原法
2CuSO4 +NaH2PO2+2H2O=NaH2PO4+2Cu+2H2SO4
工艺流程图
发展趋势 可采用纳米铜复合材料如纳 米铜—锡复合粉末纳米铜— 碳复合粉末等作为润滑油添 加剂，进一步提高纳米铜润 滑油添加剂的性能。
Thanks!
目录
1
纳米铜的特点
2 3
4
在润滑方面的应用 制备方法
发展趋势
纳米铜
主要特点： 相较于普通金属铜，反应活性和催化活 性大大提高。 纳米晶体铜强度比普通铜高5倍，在室温 轧制过程中出现超塑性延展性，延伸率超 过5100％，且不出现加工硬化。 其微粒强烈地趋向电中性。 在空中极易吸附氧并被氧化。 具有极强的光吸收能力。 低熔点。
•
成膜机制
纳米铜颗粒在摩擦表面通过物理、化学作用形成一层低剪切强度 的保护膜，变摩擦副之间的摩擦为保护膜的膜内磨损。
机械--化学反应 成膜
电泳运动--沉积 --铺展成膜
“冶金效应” 成膜
载体及物理化 学作用成膜
纳米铜影响摩擦学特性的因素
A 粒径和添加量的影响 由图可得，润滑油中纳米铜颗粒 的粒径存在一个较佳范围，粒径 尺寸为4~15nm时纳米铜颗粒的润 滑效果最佳，在此范围外，则不 甚明显。但由于制备和改性工艺 的不同，纳米铜颗粒的粒径及其 在润滑油中的分散稳定性的差异 和颗粒有效含量不同，使得这一 最佳添加范围尚未取得一致的实 验结果。 B 滑动转速和负荷的影响 研究表明：同低负荷相比，纳米铜在高负荷下 具有更好的摩擦学性能。对滑动速度的研究表 明：在低负荷时，纳米铜的减摩性随滑动速度 的减小而提高；在高负荷时，滑动速度对纳米 铜摩擦学性能的影响较小。
在水相或者醇水相中加入有机试剂。 再通过沉淀反应或者水解反应生成纳 米颗粒时，有机修饰剂通过键合或者 吸附作用镶嵌在纳米颗粒表面，得到 表面修饰的纳米颗粒，通过有机修饰 剂的亲油性，提高纳米颗粒的油溶性， 防止团聚和阻止纳米铜颗粒的氧化。 目前采用的有机修饰剂主要有油酸、 DDP、含氮的有机物等。
液相还原法
C
润滑介质的影 响：纳米铜颗 粒在各种润滑 油中都具有优 异的抗磨减摩 性能，只是在 不同的油品中 表现出的作用 效果因油品本 身的性能差异 而有所不同。
D
摩擦副材料的 影响：纳米铜 颗粒对钢 - 钢、 钢-铁、铁-铜、 钢 - 铝摩擦副都 有一定的抗磨 减摩作用，对 于硬度较低的 铜、铝等材料， 因在高负荷条 件下易发生塑 形变形，因此 作用效果同低 负荷条件相比 稍差。
E
纳米铜添加工 艺的影响：学 者研究了纳米 铜不同分散工 艺 对 润 滑 油 （SF15W/40 机油）摩擦学 性能的影响。 结果表明：采 用超声分散比 采用球墨分散 的减摩性能好。
纳米铜颗粒在润滑油中分散稳定性研究
纳米铜颗粒添加到润滑油中，因其粒度
为什么会存在这一问题？
小、表面能高，颗粒之间存在吸引力， 自动聚集的倾向很大，易发生团聚，这