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納米潤滑油添加劑抗磨減摩性能研究
【摘要】納米粒子作為添加劑加入潤滑油中時，能在重載、高速、高溫、低溫、污染程度大等環(huán)境下對摩擦副起到很好的潤滑效果。通過以百順納米潤滑添加劑作為實驗材料，以四球摩擦試驗機為實驗設(shè)備，研究不同配比下這種納米材料添加劑的抗磨減摩性能，并對實驗數(shù)據(jù)進行了分析比較，為納米材料作為潤滑油添加劑的研究提供了可靠的數(shù)據(jù)和實驗分析。
【關(guān)鍵詞】潤滑油；納米材料；納米粒子添加劑；抗磨減摩
引言
隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，車輛和機器的更新?lián)Q代加速并日益專門化，性能良好的潤滑油是保證車輛和機器正常穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的重要因素。潤滑油性能的好壞關(guān)鍵是看潤滑油中添加劑的含量及性能，正如基礎(chǔ)油質(zhì)量是根本，而添加劑是潤滑油的精髓。傳統(tǒng)的含S，P，Cl系添加劑的潤滑油已經(jīng)無法滿足在極壓、高速條件下的潤滑能力，同時也不符合環(huán)保的要求。因此，新型的、環(huán)境友好的納米潤滑油添加劑的研究開發(fā)受到國內(nèi)外眾多摩擦學(xué)專家和潤滑油品研制開發(fā)人員的廣泛關(guān)注。
1、實驗方案
本課題的研究目的是考察納米潤滑添加劑材料對潤滑油的抗磨減摩性能是否有所提高，并選用長城華星SF級15W/40潤滑油作為基礎(chǔ)油樣，四球摩擦試驗機作為實驗設(shè)備，百順納米潤滑添加劑作為實驗添加材料，通過實驗來檢驗納米添加劑材料是否對潤滑油的潤滑性能有所影響。為了是實驗更具可靠性，本研究根據(jù)各種添加劑使用說明要求確定實驗用油配比，然后選取適量的油樣分別在四球摩擦試驗機上進行摩擦實驗。
2、實驗部分
2.1實驗試劑與儀器
實驗試劑見表1，實驗儀器見表2。
表1 實驗試劑
名稱 規(guī)格 產(chǎn)地
基礎(chǔ)油 長城華星潤滑油 SF級 15W/40
添加劑 百順柴油引擎護理劑
表2 實驗儀器
設(shè)備名稱 生產(chǎn)廠家
電子天平 上海精密科學(xué)儀器有限公司
KQ-100 E超聲波分散儀 昆山市超聲儀器有限公司
MJ一800型四球試驗機 廈門材料試驗機廠
2.2實驗試樣的配制
實驗試樣比例的選擇與配制
根據(jù)各種添加劑使用說明的要求確定實驗用油配比（百順柴油引擎護理劑4.45%）。實驗試樣的配制是四球?qū)嶒炛斜夭豢缮俚囊粋�步驟。由于在做四球?qū)嶒灉y定承載能力時重復(fù)性不太好，所以調(diào)制的油品量不宜太少，根據(jù)實驗需要確定每組分油樣配置60g，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)配制。由于各個組分油樣所添加納米添加劑量及其微小，一次配制容易造成實際配制出的油樣與理論配比有較大誤差，所以采用一次配比定量油樣，在進行二次稀釋。
實驗試劑一次配比如下：
百順 添加量10%=180g基礎(chǔ)油+20g添加劑
具體配比見表3（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。
表3 實驗試樣具體配比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）
百順（4.45%） 1% 2% 3% 4% 5% 6%
二次配比 1%=54g基礎(chǔ)油+6g百順10% 2%=48g基礎(chǔ)油+12g百順10% 3%=42g基礎(chǔ)油+18g百順10% 4%=36g基礎(chǔ)油+24g百順10% 5%=30g基礎(chǔ)油+30g百順10% 6%=24g基礎(chǔ)油+36g百順10%
調(diào)油的具體步驟為
（1）在電子天平上精確稱取指定比例的添加劑放入已經(jīng)編好號的燒杯中，然后加入基礎(chǔ)油。這一步驟雖然簡單但是卻很重要，由于添加劑的量都比較少，稍有疏忽就會給后續(xù)實驗帶來很大誤差，以至于影響結(jié)果分析和性能測試。
（2）將稱取好的油品充分?jǐn)嚢�，攪拌至添加劑完全均勻溶解即可，整個過程大致需要40分鐘左右。
2.3實驗條件
四球?qū)嶒炈娩撉驗樯虾ｄ撉驈S生產(chǎn)的一級GCr15標(biāo)準(zhǔn)鋼球，硬度為60～65HRC，鋼球直徑為12.7mm，其化學(xué)組成（以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計）為0.95%～1.05%C；0.15%～0.35%Si；0.24%～0.40%Mn；0.027%P；S 四球極壓實驗的條件為：在室溫條件下，轉(zhuǎn)速為1450r/min，每次實驗時間10s.實驗后用裝有測微計的讀數(shù)顯微鏡測量油盒內(nèi)鋼球的磨痕直徑，按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB
http://www.msguai.com/news/55B9B304BC9EBB21.html 3142-82的實驗標(biāo)準(zhǔn)測定潤滑油的最大無卡咬負(fù)荷PB值，一般一個油品需要經(jīng)過幾次重復(fù)測試才能測出它的值。四球磨損實驗的條件為：在室溫條件下，轉(zhuǎn)速為1200r/min，實驗力392N，每次時間為30min。實驗結(jié)束后，用裝有測微計的讀數(shù)顯微鏡測量三個下試球的磨斑直徑（WSD），并求出平均值作為實驗結(jié)果，三次平行實驗結(jié)果與平均值的差值不大于5%。
每種組分的油樣測定2個指標(biāo)：
1）最大無卡咬負(fù)荷PB。在實驗條件下使鋼球不發(fā)生卡咬最高負(fù)荷。它表示潤滑油的油膜強度，在該負(fù)荷下摩擦表面間能保持完整的油膜
2）磨斑直徑。40千克力數(shù)負(fù)荷下四球機上30分鐘實驗后，測得鋼球的磨斑直徑。
3、實驗結(jié)果的處理及討論
表4 百順納米潤滑添加劑實驗結(jié)果
百順% 1% 2% 3% 4% 5% 6%
磨斑直徑（mm） 0.730 0.595 0.425 0.425 0.420 0.438
PB值（N） 880 940 940 940 940 1000
根據(jù)表4數(shù)據(jù)繪出不同配比百順納米潤滑添加劑磨斑直徑曲線圖1。
可以看出潤滑油加入從1%到3%百順柴油引擎護理劑對潤滑油的磨斑直徑影響很大，在配比增大為3%后百順柴油引擎護理劑對基礎(chǔ)油的磨斑直徑影響穩(wěn)定，磨斑直徑大約在0.42mm左右，6%的上升較小考慮到偶然因素可以忽略。
根據(jù)表4數(shù)據(jù)繪在不同配比下百順納米潤滑添加劑的最大無卡咬負(fù)荷PB曲線圖2。
百順柴油引擎護理劑配比由少到多，最大無卡咬負(fù)荷PB值在增長從880N到1000N，其中2%-5%時最大無卡咬負(fù)荷PB值穩(wěn)定在940N，在6%最優(yōu)為1000N。
結(jié)論
1.磨斑直徑：百順納米潤滑添加劑在配比增大為3%后百順柴油引擎護理劑對基礎(chǔ)油的磨斑直徑影響穩(wěn)定。
2.最大無卡咬負(fù)荷PB值：百順納米潤滑添加劑在2%-5%時PB值趨于穩(wěn)定。
3.由于最大無卡咬負(fù)荷PB和磨斑直徑都跟添加劑與鋼球之間的有序膜形成、化學(xué)吸附和反應(yīng)有關(guān)，若實際齒輪與鋼球的材質(zhì)不同，勢必導(dǎo)致潤滑油在兩種摩擦副上的作用不同，從而不存在對應(yīng)關(guān)系。
參考文獻
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