pdf文档纳米级金属粉改善润滑油的摩擦磨损性能试验研究

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?纳米级金属粉改善润滑油的摩擦磨损性能试验研究夏延秋*????丁津原?马先贵?杨文通(沈阳工业大学,沈阳110023)??????(东北大学,沈阳110006)摘要:在MHK?500型环块摩擦磨损试验机上,研究了纳米级金属粉(直径在10~50nm)加入到矿物油中的润滑性能。结果表明,加有纳米级金属粉的润滑油表现出优良的抗磨性能,其中尤以铋粉最优。主题词:润滑油?金属粉?摩擦磨损1?前言润滑油质量的每一次飞跃,实质上是添加剂发展的结果,大多数润滑油是以加入多种有机或无机、液态或固态润滑油添加剂来提高润滑油性能的[1],并借助添加剂通过物理或化学吸附以及化学反应来实现良好的润滑。纳米级金属粉作为新型固体润滑剂国外已有研究,并证明金属粉具有很好的极压润滑性能[2]。到目前为止,国内未见有实验结果报道,作者利用沈阳工业大学超微粉研究室制造的、粒度为10~50nm的金属粉加到石蜡基基础油中,进行了抗磨减摩性能试验,发现纳米级金属粉具有优良的摩擦磨损性能。2?试验材料与方法2.1?试验材料纳米级金属粉采用电弧等离子体方法制备。本试验选取了具有面心立方体结构,氧化后成八面体且近似球形的金属。金属粉分别是铜粉、镍粉和铋粉。试验用润滑油是由沈阳维华化工有限公司提供的500SN基础油和N320石蜡基基础油,金属粉加入量(质量分数)为0.1%~0.2%。2.2?试验方法试验是在MHK-500型环块摩擦磨损试验机上进行,其原理是通过主轴旋转使环在块上转动,定期测量摩擦系数和磨损量。试环与试块均为20Cr制造,采用渗碳淬火,硬度为58~62HRC;实验室温度为19~20?,每次试验运转10min,最后1min测摩擦系数,磨损量用磨痕宽度表示。3?结果与讨论3.1?试验结果试验是在其它条件不变的情况下,分别在转速500r/min和1000r/min下进行试验,结果如图1~8所示,图1~4是用500SN作基础油的摩擦磨损图,而图5~8是用N320石蜡基作基础油的摩擦磨损图,添加剂分别是铜粉、镍粉和铋粉。收稿日期:1998-04-07。APPLICATIONOFEVENDESIGNININTERNALCOMBUSTIONENGINEOILDEVELOPMENTCaoHui(RefiningDepartmentofYanshanPetrochemicalGroupCo.,Ltd.,SINOPEC,Beijing102503)??AbstractMoreinformationcanbeobtainedwithlesstestbyapplyingevendesign.Itishelpfultoanalysetheinteractionamongadditivesandformualtionscreening.Somesuggestionsonapplicationofevendesigninin?ternalcombustionengineoildevelopmentwerepointed.??KeyWordsEvendesign,internalcombustionengineoil,additive1998年12月??????????????????润?滑?油??????????????????第13卷第6期??图1?500r/min下500SN基础油中加铜粉与不加铜粉的摩擦系数比较??图2?500r/min下500SN基础油中加铜粉与不加铜粉条件下试块的磨痕宽度比较??图3?1000r/min下500SN基础油中加入铜粉与不加铜粉的摩擦系数比较??图4?1000r/min下500SN基础油中加入铜粉与不加铜粉条件下试块的磨痕宽度比较??图5?500r/min下N320基础油中分别加入镍粉、铋粉与基础油的摩擦系数比较??图6?500r/min下N320基础油中分别加入镍粉、铋粉与基础油下试块的磨痕宽度比较38????????????????????????润?滑?油??????????????????1998年第13卷??图7?1000r/min下N320基础油中分别加入镍粉、铋粉与基础油的摩擦系数比较??图8?1000r/min下N320基础油中分别加入镍粉、铋粉与基础油下试块的磨痕宽度比较3.2?数据讨论从图1~4可以看到,转速为500r/min时,加铜粉的润滑油比基础油摩擦系数高,磨痕宽度比基础油磨痕宽度小。以加载50N为例,摩擦系数高43%,磨痕宽度降低33.1%。转速为1000r/min时,加铜粉的润滑油比基础油摩擦系数低,磨痕宽度保持稳定,处于较低值。以加载40N为例,摩擦系数降低22.1%,磨痕宽度降低86%。在1000r/min的条件下,加铜粉的润滑油比基础油有较大改善,摩擦系数比500r/min时几乎降低一半;但是在转速为1000r/min和500r/min时的基础油摩擦系数变化不大,这说明两种条件下,加入铜粉的润滑油在接触区的减磨机理发生了变化。从图5可以看到。转速为500r/min时,以载荷20N为例,加镍粉的润滑油的摩擦系数是0.071,而在150N下的摩擦系数是0.048,摩擦系数保持线性降低,下降幅度达23%;在20N下,加铋粉的润滑油的摩擦系数是0.068,而在150N下的摩擦系数是0.10,摩擦系数升高;而基础油的摩擦系数变化很大,载荷增加到80N时,摩擦系数迅速上升,从最低的0.050达到最高0.153,摩擦系数增加了206%。从摩擦系数变化看,加镍粉的润滑油和加铋粉的润滑油比基础油摩擦系数有较好的稳定性,加镍粉的润滑油的摩擦系数随载荷的增加在保持稳定的基础上有升高,但仍比基础油的摩擦系数低35%左右。加入金属粉改善了基础油的摩擦特性,对于机械设备传动效率的提高、改善机械性能意义重大。从图6可以看到,转速为500r/min时,载荷在20~100N范围内,加镍粉的润滑油比基础油磨痕宽度小,差值最大处即载荷为80N情况下,磨痕宽度降低49%;而加铋粉润滑油载荷在25~50N范围内几乎没有磨痕,在50~150N范围内磨痕处于较低值,说明加铋粉的润滑油减磨性最好。从图7可以看到,转速为1000r/min时,加镍粉的润滑油比基础油摩擦系数大,以40N为例,加镍粉的润滑油与基础油的摩擦系数分别为0.143和0.126,加镍粉的润滑油的摩擦系数比基础油的摩擦系数平均高13%,但随载荷的增加摩擦系数有所下降,在60N下,摩擦系数下降到0.115。而基础油其OK值达不到60N,说明加入镍粉可以提高润滑油的极压性;加铋粉的润滑比基础油摩擦系数低,以20N为例,加铋粉的润滑油比基础油的摩擦系数低18.2%,即使最大的摩擦系数也仅为0.075,说明加入铋粉可以大幅度降低摩擦系数。从图8可以看到,转速为1000r/min时,加镍粉的润滑油比基础油磨痕宽度大大降低,以起始载荷20N为例,磨痕宽度降低35%,随着载荷的增加,加镍粉的润滑油的磨痕宽度增加不明显,而基础油随着载荷的增加磨痕宽度增加很快。加入纳米级镍粉对于改善润滑油的减磨性效果显著,而加铋粉的润滑油比加镍粉的减磨性还好。随着不同金属粉加入基础油,其作用结果不尽相同,同样与传统添加剂的作用机理不一致。由于金属粉沉积于摩擦表面,使表面接触区的摩擦磨损机理发生了变化。该试验只是对纳米级金属粉加入润滑油中进行了润滑性能试验,对其减磨机理以及39第6期??????????夏延秋等.纳米级金属粉改善润滑油的摩擦磨损性能试验研究???????????其它纳米级粒子的润滑性能及机理研究还有待深入,纳米级粒子与其它添加剂的配伍性研究还有许多工作要做。4?结论(1)转速在500r/min时,以加入镍粉的润滑油摩擦系数最稳定,但减磨性以加入铋粉的润滑油为最优。(2)转速在1000r/min时,加入金属粉的润滑油的摩擦系数随载荷增加变化不同,其中以加铋粉的润滑油最好,摩擦系数和磨痕宽度同时达到最小值。参?献?文?献1?王汝霖等.润滑剂摩擦化学.中国石化出版社,19942?T.Hisakado,T.Tsukizoe,H.Yoshikawa.J.Lubr.Tech,1983,105.245致谢:感谢沈阳工业大学超微粒子研究室提供的纳米级金属粒子。STUDYONTESTFORIMPROVINGTHEFRICTION&WEARPROPERTIESTHROUGHADDINGMETALPOWDERNMINDIAMETER?????????XiaYanqiu??????????DingJinyuan?MaXiangui?YangWentong???(ShenyangPolytechnicUniversity,Shenyang110023)?????(NortheastUniversity,Shenyang110006)??AbstractThelubricitiesofmineraloiladdedmetalpowdernmindiameterbetween10and50nmwerestudiedbyMHK-500ringblockfriction&weartester.Theresultshowedthatthelubricatingoiladdedmetalpowderhasexcellentantiwearproperty,especiallyBipowder.??KeyWordslubricatingoil,metalpower,friction&wear40????????????????????????润?滑?油??????????????????1998年第13卷

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日期:2020-11-04
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