新型纳米润滑添加剂

纳米Cu润滑油添加剂的抗氧化性能
纳米Cu润滑油添加剂及商品添加剂 T205在HVIW H150基础油中的作用
0.15 摩擦系数 0.1 0.05 0 98 196 294 392 490 588 687 785 883 981 试验负荷，N
0.2%减摩剂E 5W/30SJ 0.1%纳米Cu
纳米Cu润滑油添加剂在5W30/SJ成品油中的 减磨作用及与商品减摩剂E的对比 27

研究报导的多是单剂性能，配方研究较少； 未形成规模应用的产品与技术；
10
纳米颗粒润滑油添加剂的研究与应用现状

开展的研究工作

油溶性纳米润滑油添加剂的低成本可规模化制备 纳米润滑油添加剂的结构可控合成技术 纳米润滑添加剂的性能与机理 纳米润滑添加剂的应用
11
油溶性纳米颗粒的制备、摩擦学性能与应用

油溶性纳米润滑油添加剂的制备
发展了无机纳米颗粒的有机单 分子层表面修饰技术，该方法基于 长碳链有机分子在固体表面的三维 有序组装及由此产生的对无机纳米 颗粒表面性质的改变，可有效解决 纳米颗粒在润滑体系中的分散性及 稳定性问题。
有机物表面修饰纳米颗粒的结 构示意图
12
油溶性纳米颗粒的制备、摩擦学性能与应用
16
油溶性纳米颗粒的制备、摩擦学性能与应用

油溶性纳米润滑油添加剂的制备
2000
101
1500
Cps
1000
200
500
004 112
105 211
204 116
103
0 10 20 30
215 220 301
40
50
60
70
80
2θ
油溶性氧化钛纳米晶及其石油醚分散液的外观、所含纳米颗粒的透射电子显微照
对润滑油添加剂有了新的要求
3
引言

润滑油添加剂
无硫磷或低硫磷，环境友好的 极压抗磨剂；
需借助摩擦学的最 新进展得以解决
润滑性添加剂
高性能摩擦改进剂；
具有超低磨损、摩擦表面强化 及修复作用的功能性添加剂；
4
引言

纳米技术与润滑油

兴起于20世纪90年代的纳米科学技术是一门多学科交叉的基础研究和应用 开发紧密联系的高新科学技术，并被公认为是21世纪最有前途的科学领 域。
29
油溶性纳米颗粒的制备、摩擦学性能与应用

油溶性纳米润滑油添加剂的性能
SEM image
Distribution of Cu
Distribution of Fe
1% 纳米铜/SJ润滑下钢钢摩擦副端面试验后磨斑的SEM像及Cu、Fe元素的面分布
30
油溶性纳米颗粒的制备、摩擦学性能与应用
纳米润滑油添加剂的摩擦学性能
纳米铜润滑油添加剂中所含铜纳米颗粒 的透射电子显微照片及动态光散射粒度 分析结果
14
油溶性纳米颗粒的制备、摩擦学性能与应用

油溶性纳米润滑油添加剂的制备
A
3.0
2.5
2.0
1.5
ຫໍສະໝຸດ Baidu
1.0
0.5
75 nm
300.0
0.0
400.0
500.0
600.0
700.0
800.0
900.0
1000.0
nm
Absorbance

润滑油添加剂
润滑油添加剂是现代润滑油的必要组份并对润滑油的性能起 到了非常重要的作用，润滑油品质的每一次提升，几乎都是 添加剂发展的结果。近年来，润滑油添加剂的发展面临双重 压力：
各种润滑油特别是汽油机油 和柴油机油更新换代步伐加 快，添加剂需适应满足更高 质量润滑油的性能要求；
人们对生态环境、能源与资 源问题日益重视，添加剂需 适应满足环保与节能方面日 益严格的要求；
25
纳米铜
纳米氧化硅
纳米氟化镧
油溶性纳米颗粒的制备、摩擦学性能与应用

油溶性纳米润滑油添加剂的性能

0.8 0.7 0.6 0.5 WSD/mm
WSD/mm
摩擦学性能
0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
0.4 0.3 0.2 0.1 0
液体石蜡
纳米铜
纳米银
纳米氧化硅
纳米氧化钛
31
存在的问题与展望

基础研究方面

进一步开发低成本、高质量、规模化的纳米添加剂的制备技术，从根 本上解决纳米颗粒在润滑油中的分散及稳定问题； 进一步了解纳米颗粒的种类与微观结构特征对其摩擦学特性的影响和 规律，进一步了解纳米颗粒添加剂减摩、抗磨及极压作用的机理，用 科学的实验证实其具有人们所期望的摩擦微损伤的自修复、自补偿功 能 研究纳米颗粒与其它添加剂之间相互作用和影响，如互补、协同以及 可能发生的物理化学作用；了解纳米颗粒作为润滑剂添加组分时，在 贮存、正常工作条件下及苛刻工作条件下长期连续或间断工作的稳定 性
8
纳米颗粒润滑油添加剂的研究与应用现状

技术难点与存在的问题

纳米润滑添加剂的性能与机理

作为新型的润滑材料，人们期望纳米颗粒具有传统添加剂所不具 备的特殊性能（高效减摩、抗磨、自修复），有关这些性能的探 索、发掘及客观评价，是纳米颗粒作为润滑油添加剂的研究工作 的核心，但目前研究的还不是很充份。
纳米氧化铝
纳米氧化镧
不同纳米自修复添加剂的四球试验结果 添加浓度:0.5%；转速：1450 rpm；负荷/时间：(a)20kg/60min ，(b) 40kg/30min
26
液体石蜡
纳米铜
纳米银
纳米氧化硅
纳米氧化钛
纳米氧化铝
纳米氧化镧
油溶性纳米颗粒的制备、摩擦学性能与应用

油溶性纳米润滑油添加剂的性能
中国石油天燃气股份有限公司 炼化技术中心合成润滑油技术研讨会
新型纳米润滑添加剂
王晓波 刘维民
中科院兰州化学物理研究所 中国石油润滑油研究开发中心(兰州)
1
纳米颗粒在润滑油中的应用

引言 纳米颗粒润滑油添加剂的研究与应用现状 油溶性纳米颗粒的制备、摩擦学性能与应 用

存在的问题与展望
2
引言
nm，(e) 50 ±7 nm
24
油溶性纳米颗粒的制备、摩擦学性能与应用

油溶性纳米润滑油添加剂的性能

分散性
采用有机单分子层表面 修饰技术制备的纳米自修复添 加剂在多种矿物油及成品油中 均具有良好的分散性及稳定 性，可满足作为润滑油添加剂 的基本要求，使其广泛应用成 为可能。
纳米银 纳米氧化钛 纳米氧化铝
油溶性纳米银及其0.2%的液体石蜡溶液的外观，其所含银纳米颗粒的透 射电子显微照片、选区电子衍射及其UV-vis 吸收光谱
15
油溶性纳米颗粒的制备、摩擦学性能与应用

油溶性纳米润滑油添加剂的制备
200 nm
油溶性纳米氧化硅粉及油溶性纳米氧化硅/石油醚分散液的外 观及其所含纳米颗粒的透射电子显微照片
片与XRD谱
17
油溶性纳米颗粒的制备、摩擦学性能与应用

油溶性纳米润滑油添加剂的制备
75 nm
油溶性纳米硫化银石油醚分散液的外观、所含纳米颗粒的透射电子显微照片 与XRD谱 18
油溶性纳米颗粒的制备、摩擦学性能与应用

油溶性纳米润滑油添加剂的制备
6000 4000 3000
(006)
(102) (103)

纳米颗粒添加剂可能具有与传统添加剂不同的摩擦学行为机理， 对这些机理的深入了解可指导高性能纳米添加剂的设计，有关这 些机理的实验研究和理论推导是纳米颗粒作为润滑油添加剂的关 键科学问题，但纳米润滑机理研究的还不充份
9
纳米颗粒润滑油添加剂的研究与应用现状

技术难点与存在的问题

纳米润滑添加剂的应用
5
纳米颗粒润滑油添加剂的研究与应用现状
基础研究方面
多种纳米粒子表现出特殊的抗磨减 摩和高承载等摩擦学性能
¾ 高碱值清净剂 ¾ 减摩、抗磨、极 压 ¾ 抗氧、修复等 ¾ 极压抗磨剂 ¾ 摩擦改进剂 ¾ 修复剂
¾ 纳米无机固体润滑剂：石墨粉，氟 化石墨粉，二硫化钼粉等。 ¾ 纳米无机物：硼酸钙，硼酸镁，硼 酸钛，磷酸锌、氧化钛、氧化硅 等。 ¾ 纳米有机金属化合物：有机钼化 物，有机硼化物等。 ¾ 纳米有机高分子材料：聚四氟乙烯 （PTFT）等 ¾ 纳米软金属粉：铅，铜，铋等。
应用方面
市场上已开始出现纳米润滑剂产品
6
纳米颗粒润滑油添加剂的研究与应用现状

技术难点与存在的问题

纳米颗粒的分散稳定性

通常的无机纳米颗粒表面为极性，难以稳定分散；润滑油 的使用环境较为荷刻，而纳米粒子活性强、表面能高，容 易发生自身团聚或与介质反应而变性，从而不再具有纳米 效应

是纳米颗粒作为润滑油添加剂研究与应用的前提，也是目 前限制纳米颗粒在润滑油中广泛应用的技术难点之一

油溶性纳米润滑油添加剂的粒径可控合成
50 nm
不同粒径的银纳米添加剂的透射电子显微照片 (a) ~2 nm，(b) ~5 nm ，(c) ~10 nm
22
油溶性纳米颗粒的制备、摩擦学性能与应用

油溶性纳米润滑油添加剂的粒径可控合成
不同粒径的氧化硅 纳米添加剂的透射 电子显微照片 (a) 400 nm，(b) 150 nm ，(c) 80 nm，(e) 45 nm ，(e) <5 nm
5000
(110)
2000
0
0 20 40 60 80 100
(002)
(105)
1000
2Θ
油溶性纳 米硫化铜 石油醚分 散液的外 观、所含 纳米颗粒 的透射电 子显微照 片 与 XRD 谱
cps
(100) (101)
(108) (202) (203)
(118) (1011) (208) (212) (213)
1 .5
h
1 .0 0 .5
1%
NC
+S
J
纳米铜典型的磨损曲线——纳米自修复添加剂的磨损自补偿效应
28
W eight loss
/mg
2 .0
油溶性纳米颗粒的制备、摩擦学性能与应用

油溶性纳米润滑油添加剂的性能
SJ润滑下摩斑表 面的SEM照片
SJ+1%NC润滑下 摩斑表面的SEM 照片
端面摩擦磨损试验——（钢-钢）


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存在的问题与展望

应用方面



结合当前新型润滑油对节能性能的要求，开发具有优异减磨性 能的高性能纳米摩擦改进剂； 结合当前润滑油的低硫磷化趋势，开发性能优异的纳米添加剂 以取代或部分取代硫、磷型极压抗磨剂或抗氧防腐剂； 发展具有特殊功能如摩损自修复、摩擦表面强化等 作用的新型 润滑油添加剂，减少设备维修，实现全寿命润滑； 结合当前清净剂与分散剂的品质提升与功能化趋势，将纳米颗 粒引入清净剂及分散剂中，在不降低其本身性能的前提下赋予 其极压抗磨，减摩、抗氧功能； 发展针对特殊工况（高温、高压、辐射、深海、高真空、生物 体内以及亚纳米纳米机械中）的高性能纳米颗粒润滑剂。
19
油溶性纳米颗粒的制备、摩擦学性能与应用

油溶性纳米润滑油添加剂的制备
油溶性纳 米硫化铅 石油醚分 散液的外 观、所含 纳米颗粒 的透射电 子显微照 片 与 XRD 谱
20
油溶性纳米颗粒的制备、摩擦学性能与应用

油溶性纳米润滑油添加剂的制备
氧化硼超细(a)及纳米(b)颗粒的电镜照片
21
油溶性纳米颗粒的制备、摩擦学性能与应用
流体润滑状 态
边界润滑发生
自修复作用发 生
在边界润滑的条件下，纳米添加剂在摩擦机械能活化下发生了成核物质向摩 擦副表面的沉积并形成沉积膜，沉积膜层的存在降低了摩擦副间的剪切强 纳米颗粒添加剂的作用机理示意图 度、阻止了导致润滑失效的摩擦副表面的破坏性接触，并在一定程度上动态 的抵消了磨损，这一过程表现出自修复体系的特征。
油溶性纳米颗粒的制备、摩擦学性能与应用

油溶性纳米润滑油添加剂的性能
35 30 25 20 15 10 5
3.0
Wear Volume(x10-4mm3)
40
1 .5 1 .0 0 .5
3 .0
0 .0
2 .5
0
2.5
SJ
2 .0
Tim e/h
2.0
1.5
1.0
0.5
J C+S 1%N
SJ
Ti
m
e/

随着纳米科技研究与应用的不断深入，人们尝试将其引入摩擦学的研究 与应用领域。目前纳米科技在摩擦学领域主要切入点之一是将纳米颗粒 作为新型高效的润滑油添加剂材料 。

人们期望具有纳米效应的纳米颗粒作为新型润滑油添加剂具有通常材料 所不具备的优异摩擦学性能 ，从而取代或超越传统的各种润滑油添加 剂，适应工业发展与环境、能源等问题等对润滑油性能提出新的要求。
23
油溶性纳米颗粒的制备、摩擦学性能与应用

油溶性纳米润滑油添加剂的粒径可控合成
c
75 nm
b
75 nm
75 nm
e
a
75 nm
75 nm
d
采用热分解法制得的 不同粒径的硫化银纳 米添加剂的透射电子 显微照片 (a) 14.3±0.7 nm，(b) 9.5±0.6 nm，(c) 6.0±0.9 nm ， (d) 31

油溶性纳米润滑油添加剂的制备
金属系列

铜、银、钴、镍 二氧化钛、二氧化硅、 氧化铁
氧化物系列

硫化物系列

二硫化钼、硫化铜、硫 化锌、硫化铅 氧化硼、硼酸、硼酸盐 氟化镧
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含硼化合：

稀土化合物

油溶性纳米颗粒的制备、摩擦学性能与应用

油溶性纳米润滑油添加剂的制备
油溶性纳米铜粉、油溶性纳米铜 添加剂及纳米铜/石油醚分散液 的外观
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纳米颗粒润滑油添加剂的研究与应用现状

技术难点与存在的问题

高质量、节构可控纳米润滑添加剂的低成本、可规 模化制备

纳米颗粒的纳米效应是纳米颗粒特殊性能的根本性主导因 素，从而纳米颗粒微观结构特征（粒径、粒径分布，颗粒 形状，表面状态）的人为操控是发掘纳米颗粒特殊摩擦学 性能的必要手段。

当前现有纳米产品质量难以满足润滑油添加剂的要求，价 格也过于昂贵。