润滑与密封纳米zn粒子作为润滑油添加剂摩擦学性能研究王士钊12付洪瑞2刘涛3（1.天津大学化工学院天津3000722.总装军械技术研究所河北石家庄0500003.装甲兵工程学院北京100072）擦学性能，并用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪对磨斑进行了表面分析。结果表明：在一定添加量范围内，硬脂酸修饰的纳米zn粒子可明显改善基础油的摩擦学性能；在摩擦过程中，纳米zn粒子在摩擦表面的沉积和通过摩擦化学反应生成的化学反应膜，显著提高了基础油的抗磨减摩性能。

　　72：A文章编号：0254?0150（2009）由于纳米效应，纳米粒子在润滑油中极易团聚，通过有机表面修饰剂的包覆和改性，可有效降低粒子表面能，提高其在润滑油中的分散稳定性，从而使其作为润滑油添加剂成为可能。无机纳米粒子因在摩擦表面具有良好的抗磨减摩性能而得到广泛研究。分别考察了油酸和DP修饰的纳米ZS对液体石蜡摩擦学性能的影响；采用非水原位构筑法，在液体石蜡中直接构筑具有超分散稳定特性的纳米硫化锌，四球试验和环块试验表明该法制备的硫化锌可改善基础油的抗磨减摩和极压性能；研究了多种条件泡括修饰剂、基础油和摩擦条件）对纳米T粒子摩擦学性能影响；通过液相沉淀法制备CuP1DZrnCH）等纳米粒子，并考察其对45变压器油摩擦学性能的影响，结果表明，由于纳米粒子在摩擦表面的沉积，使基础油的抗磨减摩性能显著提高。本文作者采用四球摩擦实验，考察了硬脂酸修饰的油溶性纳米zn粒子作为润滑油添加剂的摩擦学性能，并初步探讨了其抗磨减摩机制。

　　1试验部分1.1试验材料zn（Ac）2°2HDNaS-9HD无水乙醇、硬脂酸、丙酮均为分析纯（未经进一步提纯）基础油为45变压器油（大港炼油厂）。

　　11硬脂酸修饰zn制备在100ml乙醇水混合溶剂中冰和乙醇体积比为11）加入一定量的硬脂酸，在磁力搅拌下，升温到70°C，加入NaS水溶液，溶液由混浊逐渐澄清，溶液颜色由黄绿色逐渐变成浅白色，再滴加已溶解完全的zn（Ac）2水溶液，立即出现白色混浊现象，恒温反应3h后，趁热过滤，洗涤，并在真空干燥箱中干燥24h所得到白色粉末即为硬脂酸修饰的znS纳米粒子。

　　1.3摩擦试验磨损试验机，试验用钢球为上海轴承厂生产的四球机专用：15（八6152100）十级标准钢球（直径12.7mmHRC 62~64）。试验条件为：转速（1 200士10）r/mn室温。试验过程中记录试验摩擦力，试验结束后，用读数显微镜测量油杯中3个钢球的磨斑直径，并求出平均值作为试验结果。

　　1.4表面分析试验后的钢球用石油醚超声清洗3次，共30mn并用吹风机吹干，然后对摩擦表面进行磨斑表面形貌、元素含量及能谱分析。钢球磨损表面元素的结合能用Smapoe型多功能X射线光电子能谱仪分析测定，磨损表面形貌采用日立S570型扫描电子显微分析仪观察测定。

　　2结果与讨论2.1粒径分析为硬脂酸修饰的纳米ZrS粒子的SM图像，由图中可以看出硬脂酸修饰的纳米ZS立子基本无团聚，粒径分布为20~50nm这是在ZnS沉淀过程为硬脂酸修饰的纳米ZS立子在45变压器油中质量分数对磨斑直径的影响（试验条件600N30min）。从图中可以看出，纳米粒子作为添加剂具有一定的抗磨性能。在试验条件下，基础油的磨斑直径为0.78mm随着纳米zn粒子质量分数的增加，磨斑直径显著减小，当质量分数为0.5%时，对应的磨斑直径降至最低点（0.54mm）与不添加纳米zn粒子相比，磨斑直径降低30%.随着zn贡量分数的继续增大，相应的钢球表面磨斑直径有所增大。

　　为添加剂质量分数对基础油摩擦因数的影响，从图中可以看出，硬脂酸修饰的纳米zn粒子可降低45变压器油的摩擦因数，随着zns质量分数的增加，摩擦因数先下降而后上升，变化规律与相似。当ZnS质量分数为0.%时，最小摩擦因数为0.092与基础油相比降低23%.笔者认为造成磨斑直径和摩擦因数随硬脂酸修饰的纳米zns立子质量分数的增加先明显下降后缓慢上升的原因是，在一定的添加量范围内，纳米zns立子可明显提高基础油的减摩抗磨性能；但当zns立子的含量过高时，增加了纳米粒子的团聚，基础油减摩抗磨性能下降。

　　2.3载荷对摩擦学性能的影响（试验条件10min）。为了便于对比，同时进行了未添加任何纳米材料的空白基础油的摩擦试验。由可以看出，当载荷为300N时，含硬脂酸修饰的纳米ZS粒子基础油的磨斑直径与基础油的磨斑直径相当，当高载荷大于300N时，基础油的磨斑直径随载荷的增大而快速增加，而含硬脂酸修饰的纳米ZS立子的基础油，其磨斑直径变化缓慢，且均小于基础油的磨斑直径，表现出优异的抗磨能力。

　　2.4磨斑表面分析5%质量分数）硬脂酸修饰的纳米ZrS立子油样润滑时（试验条件600N10mn）钢球磨损表面的SEM照片，从图中可以看出，添加有硬脂酸修饰的纳米zn立子油样的磨斑，比基础油的磨痕宽度和磨痕深度都明显地减小，且没有产生十分明显的犁沟，说明纳米ZS立子能有效地改善油样的抗磨能力2.5磨损机制分析为了研究硬脂酸修饰的纳米ZS立子在基础油中的减摩抗磨作用机制，对磨斑表面进行了XPS则试，为摩擦表面的XPS分析结果。

　　48V处，说明油样中的纳米粒子在摩擦过程中能沉积到摩擦副表面，填补摩擦表面较大的凹坑和裂纹，且在摩擦表面通过摩擦3结论均匀化学沉淀法制备的硬脂酸修饰的纳米ZnS立子，直径在20~50nn之间，且分布均匀，无团聚现象。

　　硬脂酸修饰的纳米ZS粒子在一定添加量范围内，可明显改善基础油的摩擦学性能，其中添加质量分数0.5%硬脂酸修饰的纳米zn粒子，在相同试验条件下，基础油磨斑直径和摩擦因数分别降低30%和23%；在一定载荷范围内，该纳米粒子表现出良好的抗磨损性能。

　　硬脂酸修饰的纳米ZS粒子在摩擦过程中能沉积到摩擦表面，一方面填补了摩擦表面较大的凹坑和裂纹，另一方面部分形成化学转化膜，因而表现出良好的摩擦学性能。

作者：佚名　来源：中国润滑油网