表面修饰纳米硼酸镧的制备及极压抗磨性能研究

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基金项目：大庆市科委计划项目’!""#$"#(!作者简介：冯玉杰（#)**$），女，副教授!

第#"卷第!期

材料科学与工艺

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表面修饰纳米硼酸镧的制备及极压抗磨性能研究

冯玉杰，孙晓君，李培志，郝

军，蔡伟民

’哈尔滨工业大学市政环境工程学院2黑龙江哈尔滨#%"")"(

摘要：用硼砂、硝酸镧、适当的修饰剂及修饰工艺，制备了表面修饰纳米硼酸镧极压抗磨添加剂，以四球实验评价了其极压抗磨性能&结果表明，

纳米硼酸镧的最大无卡咬负荷’"3(比目前普遍使用的极压抗磨剂二烷基二硫代磷酸锌高45，且磨痕直径较小&用6射线光电子能谱分析了蚀球磨斑表面的化学成分，在摩擦副表面发现了3、78、9:等的氧化物，证明了此类添加剂能够在摩擦过程中不仅能生成以氧化硼、氧化铁等为主要成分的边界润滑膜，还可能形成含镧、硼的渗透层，这是此类添加剂具有良好抗磨减摩性能的主要原因&关键词：纳米硼酸镧；表面修饰；极压抗磨剂；边界润滑膜；渗透层中图分类号：;<##=&!

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文章编号：#""%$"!))’!""!($"!$"!"?$"@

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新型多功能无毒硼型节能润滑油极压抗磨添加剂主要分为无机硼酸盐和有机硼酸酯c#d &这类润滑油添加剂不仅具有极好的极压抗磨减摩性，而且具有很好的氧化安定性，对钢铁的防锈性能也较好，同时还具有很好的密封适应性，无毒无臭，比磷、硫系性能更加优越，环境效益也更加明

显c!，?，@d &尤其是无机硼酸盐具有更加优良的抗极

压性能、高的承载能力和突出的抗磨性能，故其常

常作为苛刻环境下的润滑油添加剂品种使用c%d &但目前使用的硼酸钠或硼酸钾产品颗粒较大、均在#""!P 以上，其稳定性和耐水性也较差&对其

抗磨机理虽有报道，但观点不尽相同c*，=d

&稀土和

纳米材料的摩擦学特性是摩擦学研究的前沿课题c4e#"d &本文以纳米硼酸镧的制备及其极压抗磨性能研究作为主要研究内容，进而揭示稀土化合物的摩擦学特性及与无机硼元素的相互作用规律&

#实验

<=<

表面修饰纳米硼酸镧的制备及结构分析

材料科学与工艺第!"卷

表!

四球实验测试结果

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将一定比例的硼砂（分析纯）、修饰剂、分散剂加入到烧瓶中，在搅拌下升高温度至#$%，再加入一定比例的硝酸镧（分析纯）溶液，使其在#$%下反应&’，之后进行真空蒸馏脱水，即可制得表面修饰的硼酸镧纳米微粒(用)射线衍射对所制备的产物进行分析(并采用“谢乐公式”计算了纳米硼酸镧的粒径(为进一步确定所制备产品的结构，同时测定了产品中元素硼*及元素+的摩尔比例(

!34纳米硼酸镧的极压性能试验

本研究采用四球试验考察了表面修饰硼酸

镧的摩擦学特性，试验机为,-...型摩擦学试验机，试验用钢球为直径!&(/00的二级钢球，符合国标1*2"#3#4规定(试验前，所用钢球均分别在石油醚和丙酮内超声清洗!"056(试验按国标1*!7!&$8#39"的方法，测定磨痕直径（:;<）和最大无卡咬负荷（!*）(长时摩损所用负荷为2!=>，转速!4$"?!056，磨损时间为!"056(!35磨痕表面分析

以石油醚将四球试验后的钢球清洗后，进行)射线光电子能谱分析，

所用仪器为日本岛津@;3AB/$"型)C;光电子能谱仪(激发源为,>=!线（""D!&$2(8EF ）G 使用BH=&激发源;5晶体单色器，测量精度I"(2EF(

&试验结果与讨论

43!

表面修饰纳米硼酸镧微粉的结构

图!是表面修饰纳米硼酸镧的)射线分析衍射图，由图!可以看出，表面修饰硼酸盐纳米微粒的)J<图中出现了明显的衍射峰宽化，径计算其粒径大约在$K!"60(根据表面修饰硼酸盐纳米微粒中元素的定量分析结果，可知所制备的硼酸盐的结构为

LM &N*4+$O+PQ 4R 2·6P &+(

制备反应如下：

&LMOS+2Q 2T2SM &*4+$O+PQ 4·#P &+D LM &N*4+$O+PQ 4R 2

T8SMS+2T&4P &+(

正常情况下，N*4+$O+PQ 4R &3为链型氢键结构，如图&所示(

由于氢键的作用结果，使得颗粒间极易发生团聚，实际上普通硼酸盐的生成可以看成是无机聚合反应(表面修饰剂的一端类似于链式反应“阻聚剂”，切断了无机聚合物反应链，阻止了链式反应的继续，而表面修饰剂的另一端是长链烷基，有极好的亲油性，使得无机硼酸镧纳米微粉能够较好地分散于基础油中(

434表面修饰纳米硼酸镧的极压抗磨性能表!列出了四球实验结果(分析表!数据可知，

与目前普遍使用的多效添加剂U6<

U6<

如，$&W>负荷下磨痕直径分别比U6<

此外，经2!W>长时间O!"056Q 磨损后G !*值有所提高，且含!V 表面修饰硼酸镧微粉的基础油在长磨!"056后钢球磨斑直径从"(2900降低到"(2800，这种极压抗磨性能的提高可能是稀土

图&

N*4+$O+PQ 4R &3的结构

X5>(&;Y?Z[YZ?E \]N*4+$O+PQ 4R &3

负荷!

OW>Q 磨斑直径!

O00Q 补偿直径!

O00Q !*!OSQ #O 纳米硼酸镧）!V

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图!表面修饰硼酸镧纳米微粉的)J<谱

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