車用潤(rùn)滑油添加劑T151與納米銅的復(fù)配性能研究

劉謙 曹瑞林

1.裝甲兵工程學(xué)院裝備再制造工程系，北京 100072

2.中國(guó)人民解放軍66166部隊(duì)裝備部，天津 301915

車用潤(rùn)滑油添加劑T151與納米銅的復(fù)配性能研究

劉謙1曹瑞林2

1.裝甲兵工程學(xué)院裝備再制造工程系，北京 100072

2.中國(guó)人民解放軍66166部隊(duì)裝備部，天津 301915

本文研究了納米銅顆粒與分散劑T151在液狀石蠟中的復(fù)配性能，分析了T151分散劑含量變化對(duì)摩擦學(xué)性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，在液狀石蠟中加入納米銅添加劑能夠顯著降低摩擦系數(shù)，減少磨損量。分散劑T151與納米銅共同作用時(shí)沒(méi)有負(fù)面影響，在試驗(yàn)范圍內(nèi)添加量為0.7%時(shí)具有最佳效果，磨斑直徑比基礎(chǔ)油減小29%。

納米銅；功能添加劑；摩擦磨損

摩擦磨損是普遍存在的自然現(xiàn)象，納米材料的發(fā)展為實(shí)現(xiàn)摩擦磨損表面自適應(yīng)、自修復(fù)提供了新的途徑[1]。潤(rùn)滑油添加劑通常包括極壓抗磨添加劑、清凈劑、分散劑、抗氧劑和摩擦改進(jìn)劑等[2]。分散劑具有較好的分散性和優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性，與金屬清凈劑復(fù)合，不但能較好地解決發(fā)動(dòng)機(jī)的低溫油泥，還能減少發(fā)動(dòng)機(jī)部件上漆膜和積碳的沉積，因此是內(nèi)燃機(jī)油中需要添加的油品添加劑。納米銅金屬顆粒添加劑是研究的熱點(diǎn)之一，納米銅的添加能明顯改善礦物潤(rùn)滑油的抗磨減磨性能[3-8]。本文選取具有代表性的分散劑T151（聚異丁烯丁二酰亞胺）與納米銅復(fù)配，研究其復(fù)配后的摩擦學(xué)性能。

1 試驗(yàn)方法與材料

采用液相還原法制備平均粒徑10～20nm的納米銅顆粒，表面改性處理后添加到基礎(chǔ)油液狀石蠟中，添加量為0.3%(Wt%)。功能添加劑為分散劑T151（聚異丁烯丁二酰亞胺），分別按0. 2%、0.5%和0.7%重量百分比添加在基礎(chǔ)油中。

試驗(yàn)設(shè)備采用國(guó)產(chǎn)MM—10W型機(jī)械四球摩擦試驗(yàn)機(jī)。試驗(yàn)載荷400N，試驗(yàn)時(shí)間30min，轉(zhuǎn)速1450r/min。試驗(yàn)采用重慶產(chǎn)直徑為Ф12. 7 mm的國(guó)家Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)GCr15鋼球，硬度58～62 HRC。試驗(yàn)自室溫開(kāi)始，在大氣中進(jìn)行。試驗(yàn)前后試樣用石油醚超聲清洗10 min，用光電顯微鏡觀察磨斑表面形貌并測(cè)量平均磨斑直徑。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 摩擦學(xué)性能研究

圖1為基礎(chǔ)油、添加納米銅以及同時(shí)添加納米銅和T151時(shí)摩擦系數(shù)的隨試驗(yàn)時(shí)間的變化?？梢钥闯?，液狀石蠟中加入納米銅之后摩擦系數(shù)明顯降低，納米銅起到了良好的減摩作用。液狀石蠟和0.3%納米銅潤(rùn)滑下的磨斑直徑分別為0.62mm和0.59mm，納米銅潤(rùn)滑下鋼球的磨損量要比基礎(chǔ)油潤(rùn)滑時(shí)的磨損量減小約5%。同時(shí)添加分散劑T151和納米銅時(shí)，T151添加量的變化對(duì)摩擦系數(shù)的影響不大，說(shuō)明T151的加入沒(méi)有起到很好的協(xié)同作用，但也沒(méi)有發(fā)生對(duì)抗作用。

圖1 T151添加量對(duì)摩擦系數(shù)的影響

圖2 為不同潤(rùn)滑條件下鋼球磨斑表面形貌

表1為T151添加量對(duì)磨斑直徑的影響?？梢钥闯?，當(dāng)加入不同濃度的T151后，鋼球試樣的磨斑直徑有一定程度的減小。在試驗(yàn)范圍內(nèi)，磨損量隨T151的添加量增加而減小，當(dāng)T151的添加量為0.7%時(shí)，鋼球的摩斑直徑最小，比單獨(dú)添加納米銅時(shí)減小25%，比基礎(chǔ)油潤(rùn)滑時(shí)減小29%。可見(jiàn)，在試驗(yàn)范圍內(nèi)，添加T151對(duì)納米銅的減摩性能影響不大，能夠明顯提高其抗磨損性能。

表1 T151添加量對(duì)磨斑直徑的影響

2.2 摩擦表面分析與討論

在光學(xué)顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，加入了納米銅顆粒潤(rùn)滑的摩擦表面呈淺黃色，能譜分析發(fā)現(xiàn)淺黃色物質(zhì)富含銅元素。添加納米銅前后的磨斑表面對(duì)比可以看到，基礎(chǔ)油潤(rùn)滑下的試樣表面存在較多的犁溝，與添加納米銅潤(rùn)滑時(shí)相比犁溝明顯較深、較寬。加入納米銅顆粒后，試樣表面的磨損較輕，磨損狀況明顯改善。

圖2為不同潤(rùn)滑條件下鋼球磨斑表面形貌。其中圖2a、b和c分別為添加納米銅顆粒的同時(shí)添加不同重量百分比的分散劑T151作為潤(rùn)滑劑時(shí)的磨斑表面形貌，圖2d為基礎(chǔ)油中添加0. 3%納米銅潤(rùn)滑下的磨斑表面形貌。對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，與基礎(chǔ)油中添加納米銅潤(rùn)滑下的試樣表面比較，T151與納米銅共同作用下試樣表面的磨損較輕，磨痕表面比較平整，磨斑表面的劃痕和犁溝明顯減少，因此而耐磨性能得到提高。

3.結(jié)論

功能添加劑T151分散劑與納米銅共同作用對(duì)潤(rùn)滑性能沒(méi)有明顯影響，T151添加量變化時(shí)摩擦系數(shù)基本相同；在試驗(yàn)范圍內(nèi)T151添加量為0.7%時(shí)具有最佳耐磨性能，磨斑直徑比添加納米銅潤(rùn)滑時(shí)減小25%，比基礎(chǔ)油潤(rùn)滑時(shí)減小29%。總之，納米銅與分散劑T151復(fù)配后沒(méi)有明顯對(duì)抗作用，對(duì)耐磨性能有協(xié)同作用。

[1]徐濱士, 張偉, 劉世參, 等. 現(xiàn)代裝備智能自修復(fù)技術(shù) [J]. 中國(guó)表面工程.2004,17 (1): 1-4

[2]史佩京. 減摩修復(fù)添加劑的研制及發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架考核試驗(yàn) [D]. 北京：裝甲兵工程學(xué)院. 2003

[3]劉謙, 徐濱士. 納米潤(rùn)滑材料和潤(rùn)滑添加劑的研究進(jìn)展 [J]. 航空制造技術(shù). 2004, (2): 71-73

[4]劉謙，徐濱士，許一,等.摩擦條件對(duì)納米銅潤(rùn)滑添加劑減摩性能影響的研究[J].裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào).2004.18（1）：84～86

[5]李海濤,劉萬(wàn)輝,鮑愛(ài)蓮.環(huán)保型潤(rùn)滑油納米添加劑的摩擦學(xué)行為[J]. 中國(guó)材料科技與設(shè)備.2008，5（3）：47～48

[6]劉謙，徐濱士，許一,等.添加工藝對(duì)納米銅添加劑減摩性能影響的研究[J].潤(rùn)滑與密封.2005，（2）：12-13

[7]史佩京，劉謙，于鶴龍，徐濱士，納米銅微粒作為潤(rùn)滑油添加劑的分散方法及其摩擦學(xué)性能研究[J].石油煉制與化工. 2005.36(3):33～38

[8]于鶴龍，許一，史佩京,等.分散工藝對(duì)納米銅顆粒摩擦學(xué)性能的影響[J]. 中國(guó)表面工程.2006,19(4):291～294

The Tribological Properties of Lubricants Containing Nano-Cu Additives and functional additive T151

Liu Qian1Cao Ruilin2
1.Department of Remanufacturing engineering, Academy of Armored Forces Engineering, Beijing 100072 2. 66166 General Armament Department of PLA，Tianjin 301915

The tribological properties of nano-cu additive cooperated with different contents of functional additive T151 have been investigated by MM-10W four-ball test machine. The results showed that lubricants containing nanoparticles has a good anti-wear and antifriction properties. Compared with the base oil, the anti-wear ability had been advanced by 29% with nano-Cu and 0.7% functional additive T151. The obtained results showed that the cooperation of nano-cu additive and functional additive was benificial to the anti-wear properties of the base oil.

nano-Cu; functional additives; friction and wear

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.17.013

國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目

劉謙(1973-)，男（漢），河北辛集人，助理研究員，博士。目前主要從事表面工程技術(shù)應(yīng)用研究。