發(fā)布時間：2020-03-20 08:24

【摘要】：隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展,已有潤滑油脂產(chǎn)品已無法滿足新型機械設備和苛刻工況的要求。固體潤滑添加劑可以有效地改善潤滑油脂的承載力、抗磨和減摩性能,彌補潤滑油脂在苛刻條件下使用的缺陷。金屬硫化物是一類重要的固體潤滑添加劑,其中二硫化鉬在極壓、減摩和抗磨方面具有優(yōu)良的性能,已被廣泛應用于多種潤滑劑產(chǎn)品。但鉬元素屬于稀散元素,隨著全球資源的可持續(xù)性發(fā)展,需要不斷研發(fā)自然界元素儲量豐沛且潤滑性能優(yōu)良的固體潤滑添加劑來補充和豐富現(xiàn)有的潤滑劑產(chǎn)品,以滿足多種工況的需求。ZnS是一種用途廣泛的金屬硫化物材料,目前ZnS作為固體潤滑劑的研究主要包括涂層和潤滑油,在潤滑脂中的研究還鮮有報道。本文針對潤滑脂固體添加劑對材料粒徑和形貌的要求,分別合成了層狀ZnS·(en)_(0.5)材料(ethylenediamine,簡寫en)、微米片ZnS和微米球ZnS材料。選用四球摩擦磨損試驗機和高頻往復SRV-V摩擦磨損試驗機對所合成材料作為鋰基潤滑脂固體潤滑添加劑的摩擦學性能進行了研究,并采用SEM、EDS、3D白光干涉儀及XPS對摩擦副磨損表面進行分析表征。主要研究和結論如下:1、在氯化鋅-硫粉-乙二胺體系下,制備粒徑為3~5μm的微米片ZnS·(en)_(0.5)(Zn S·(en)_(0.5)-片),并用煅燒方法制備了粒徑和形貌與ZnS·(en)_(0.5)一致的微米片ZnS(ZnS-片),在硝酸鋅-硫脲-二乙烯三胺-水體系下,制備粒徑為3~5μm(由100~300 nm納米片堆積而成)的微米球ZnS(ZnS-球)。2、選用四球摩擦磨損試驗機研究Zn S·(en)_(0.5)-片和ZnS-片的摩擦學性能。研究結果表明,ZnS·(en)_(0.5)和ZnS均能提高基礎脂的承載力和極壓性能,5.0 wt.%ZnS·(en)_(0.5)的P_B值和P_D值分別為882 N和1568 N;5.0 wt.%ZnS的P_B值和P_D值分別為1372 N和1961 N。ZnS在改善基礎脂的承載能力和極壓性能方面優(yōu)于ZnS·(en)_(0.5)。在高載低速392 N-300 rpm-120 min條件下,ZnS·(en)_(0.5)脂和ZnS脂的磨斑直徑WSD值為0.53 mm和0.78 mm;在高載高速490 N-1450 rpm-120 min條件下,ZnS·(en)_(0.5)脂和ZnS脂的WSD值為0.88 mm和1.03 mm,ZnS·(en)_(0.5)在抗磨性能方面明顯好于ZnS。3、從鋼球磨斑表面的SEM、3D圖片可以看出,ZnS·(en)_(0.5)脂的鋼球磨斑表面與ZnS脂相比犁溝少且劃痕淺。由XPS分析結果可知,在滑動過程中,ZnS·(en)_(0.5)和ZnS均與鋼球表面發(fā)生摩擦化學反應,形成摩擦化學反應膜。從晶體結構分析,由于ZnS·(en)_(0.5)層間柱撐乙二胺,在受到擠壓時,層板與層板之間有一定的伸縮彈性的空間,層間易剪切,增強了ZnS·(en)_(0.5)抗磨性能;ZnS晶體中的Zn離子和S離子是緊密相連在一起的,在受到擠壓時,層間不如ZnS·(en)_(0.5)易滑動,因此抗磨性能不如ZnS·(en)_(0.5);但離子間的緊密結合使得ZnS的承載能力優(yōu)于ZnS·(en)_(0.5)。因此,ZnS·(en)_(0.5)和ZnS晶體結構的不同是造成這兩種材料的潤滑性能差異的主要原因。4、選用高頻往復SRV-V摩擦磨損試驗機研究ZnS-球和ZnS-片的摩擦學性能。研究結果表明,在頻率50 Hz,載荷300~600 N條件下,ZnS-球脂的鋼盤體積磨損量在(5.72~13.83)±0.57×10~(-4) mm~3之間波動,ZnS-片脂在(21.46~182.90)±2.15×10~(-4) mm~3之間波動。在載荷300 N,頻率20~50 Hz條件下,ZnS-球脂的鋼盤體積磨損量在(4.99~7.58)±0.50×10~(-4)mm~3之間波動,ZnS-片脂在(4.57~22.05)±0.46×10~(-4) mm~3之間波動。在相同的試驗條件下,隨著載荷或頻率的提高,ZnS-球脂都保持了穩(wěn)定且較低的磨損量,抗磨性能優(yōu)于ZnS-片脂。5、下試件鋼盤磨痕表面的SEM和3D表面分析表明,ZnS-球脂磨痕表面犁溝少且平滑,ZnS-片脂磨痕表面犁溝較多且劃痕深。在高頻往復運動中,ZnS-球顆粒能夠像滾珠一樣快速填充到鋼球與鋼盤的間隙中間,減少了摩擦副之間的直接接觸,降低了磨損量。在高載荷往復運動時,由于ZnS-球是由納米片堆積而成,部分ZnS-球會被擠壓成納米片,能夠及時填充到摩擦副凹凸表面,對摩擦副起到保護作用。對于微米片ZnS-片顆粒,在高頻率往復運動中,不能快速滑移到摩擦副接觸表面,只有很少部分在摩擦副表面,造成磨損量隨著載荷和頻率的增大而增高。
【圖文】：

圖 1-1 納米管二硫化鉬的潤滑機理示意圖[23]Fig. 1-1 Lubrication mechanism of nanotube MoS2兵等[24]利用有機溶劑油胺（OAm）對 MoS2進行剝層處理，，并獲得超薄液（Synthetic MoS）。將 OAm 與 MoS合成液分別置于第 V 類基礎

1-2 MoS2合成液、油胺、基礎油與商品機械用油的摩擦學性能[24]：（a）動態(tài)摩擦曲線圖（b）下試盤磨損量，（c）上試球磨損量和（d）最大承載力g.1-2 Tribological Properties of the synthetic ultrathin MoS2sheet-containing lubricant, OAm,l, and a commercial engine oil: (a) COF during the tests, (b) wear volume on disks, (c) diamete
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH117.22

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本文編號：2591525