纳米润滑油添加剂抗磨减摩性能研究
【摘要】纳米粒子作为添加剂加入润滑油中时，能在重载、高速、高温、低温、污染程度大等环境下对摩擦副起到很好的润滑效果。通过以百顺纳米润滑添加剂作为实验材料，以四球摩擦试验机为实验设备，研究不同配比下这种纳米材料添加剂的抗磨减摩性能，并对实验数据进行了分析比较，为纳米材料作为润滑油添加剂的研究提供了可靠的数据和实验分析。
【关键词】润滑油；纳米材料；纳米粒子添加剂；抗磨减摩
引言
随着世界经济的发展，车辆和机器的更新换代加速并日益专门化，性能良好的润滑油是保证车辆和机器正常稳定运转的重要因素。润滑油性能的好坏关键是看润滑油中添加剂的含量及性能，正如基础油质量是根本，而添加剂是润滑油的精髓。传统的含S，P，Cl系添加剂的润滑油已经无法满足在极压、高速条件下的润滑能力，同时也不符合环保的要求。因此，新型的、环境友好的纳米润滑油添加剂的研究开发受到国内外众多摩擦学专家和润滑油品研制开发人员的广泛关注。
1、实验方案
本课题的研究目的`是考察纳米润滑添加剂材料对润滑油的抗磨减摩性能是否有所提高，并选用长城华星SF级15W/40润滑油作为基础油样，四球摩擦试验机作为实验设备，百顺纳米润滑添加剂作为实验添加材料，通过实验来检验纳米添加剂材料是否对润滑油的润滑性能有所影响。为了是实验更具可靠性，本研究根据各种添加剂使用说明要求确定实验用油配比，然后选取适量的油样分别在四球摩擦试验机上进行摩擦实验。
2、实验部分
2.1实验试剂与仪器
实验试剂见表1，实验仪器见表2。
表1 实验试剂
名称 规格 产地
基础油 长城华星润滑油 SF级 15W/40
添加剂 百顺柴油引擎护理剂
表2 实验仪器
设备名称 生产厂家
电子天平 上海精密科学仪器有限公司
KQ-100 E超声波分散仪 昆山市超声仪器有限公司
MJ一800型四球试验机 厦门材料试验机厂
2.2实验试样的配制
实验试样比例的选择与配制
根据各种添加剂使用说明的要求确定实验用油配比（百顺柴油引擎护理剂4.45%）。实验试样的配制是四球实验中必不可少的一个步骤。由于在做四球实验测定承载能力时重复性不太好，所以调制的油品量不宜太少，根据实验需要确定每组分油样配置60g，用质量分数配制。由于各个组分油样所添加纳米添加剂量及其微小，一次配制容易造成实际配制出的油样与理论配比有较大误差，所以采用一次配比定量油样，在进行二次稀释。
实验试剂一次配比如下：
百顺 添加量10%=180g基础油+20g添加剂
具体配比见表3（质量分数）。
表3 实验试样具体配比（质量分数）
百顺（4.45%） 1% 2% 3% 4% 5% 6%
二次配比 1%=54g基础油+6g百顺10% 2%=48g基础油+12g百顺10% 3%=42g基础油+18g百顺10% 4%=36g基础油+24g百顺10% 5%=30g基础油+30g百顺10% 6%=24g基础油+36g百顺10%
调油的具体步骤为
（1）在电子天平上精确称取指定比例的添加剂放入已经编好号的烧杯中，然后加入基础油。这一步骤虽然简单但是却很重要，由于添加剂的量都比较少，稍有疏忽就会给后续实验带来很大误差，以至于影响结果分析和性能测试。
（2）将称取好的油品充分搅拌，搅拌至添加剂完全均匀溶解即可，整个过程大致需要40分钟左右。
2.3实验条件
四球实验所用钢球为上海钢球厂生产的一级GCr15标准钢球，硬度为60～65HRC，钢球直径为12.7mm，其化学组成（以质量分数计）为0.95%～1.05%C；0.15%～0.35%Si；0.24%～0.40%Mn；0.027%P；S 四球极压实验的条件为：在室温条件下，转速为1450r/min，每次实验时间10s.实验后用装有测微计的读数显微镜测量油盒内钢球的磨痕直径，按照国家标准GB
http://www.unjs.com/news/55B9B304BC9EBB21.html 3142-82的实验标准测定润滑油的最大无卡咬负荷PB值，一般一个油品需要经过几次重复测试才能测出它的值。四球磨损实验的条件为：在室温条件下，转速为1200r/min，实验力392N，每次时间为30min。实验结束后，用装有测微计的读数显微镜测量三个下试球的磨斑直径（WSD），并求出平均值作为实验结果，三次平行实验结果与平均值的差值不大于5%。
每种组分的油样测定2个指标：
1）最大无卡咬负荷PB。在实验条件下使钢球不发生卡咬最高负荷。它表示润滑油的油膜强度，在该负荷下摩擦表面间能保持完整的油膜
2）磨斑直径。40千克力数负荷下四球机上30分钟实验后，测得钢球的磨斑直径。
3、实验结果的处理及讨论
表4 百顺纳米润滑添加剂实验结果
百顺% 1% 2% 3% 4% 5% 6%
磨斑直径（mm） 0.730 0.595 0.425 0.425 0.420 0.438
PB值（N） 880 940 940 940 940 1000
根据表4数据绘出不同配比百顺纳米润滑添加剂磨斑直径曲线图1。
可以看出润滑油加入从1%到3%百顺柴油引擎护理剂对润滑油的磨斑直径影响很大，在配比增大为3%后百顺柴油引擎护理剂对基础油的磨斑直径影响稳定，磨斑直径大约在0.42mm左右，6%的上升较小考虑到偶然因素可以忽略。
根据表4数据绘在不同配比下百顺纳米润滑添加剂的最大无卡咬负荷PB曲线图2。
百顺柴油引擎护理剂配比由少到多，最大无卡咬负荷PB值在增长从880N到1000N，其中2%-5%时最大无卡咬负荷PB值稳定在940N，在6%最优为1000N。
结论
1.磨斑直径：百顺纳米润滑添加剂在配比增大为3%后百顺柴油引擎护理剂对基础油的磨斑直径影响稳定。
2.最大无卡咬负荷PB值：百顺纳米润滑添加剂在2%-5%时PB值趋于稳定。
3.由于最大无卡咬负荷PB和磨斑直径都跟添加剂与钢球之间的有序膜形成、化学吸附和反应有关，若实际齿轮与钢球的材质不同，势必导致润滑油在两种摩擦副上的作用不同，从而不存在对应关系。
参考文献
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