高铼酸盐作为油品添加剂的宽温域混杂润滑行为研究

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随着现代工业和高新技术的迅速发展,室温至高温的宽温域润滑问题备受人们关注。由于大部分润滑材料的工作温度区间受到限制,难以满足宽温域全程减摩的要求。因此,合理运用多种润滑剂的协同润滑效应是实现室温至高温宽温域范围润滑的有效方法之一。本课题组经过大量的研究工作,提出了低温油润滑-高温固体润滑的混杂润滑模式。采用混杂润滑能够克服单一液体润滑或固体润滑各自工作区间狭窄的局限性,并使两者实现优势互补,大幅度提高润滑材料的减摩性能和应用范围。  基于此,本文采用水溶液法合成了六种不同的双氧化物高铼酸盐,并利用表面活性剂将合成的高铼酸盐稳定分散于基础油中;利用四球试验机和球/盘式摩擦磨损试验机,评价含高铼酸盐添加剂油品的宽温域摩擦学行为。重点讨论了不同高铼酸盐在高温段的减摩机理;并考察了各种条件变化对于含高铼酸盐添加剂油品宽温域减摩性能的影响;同时还探索了两种固体润滑剂高铼酸盐与二硫化钼的协同作用。获得的主要结论如下:  (1)在水溶液中化学合成了Ca(ReO4)2、Cu(ReO4)2、Pb(ReO4)2、Ba(ReO4)2、Zn(ReO4)2及La(ReO4)3六种高铼酸盐。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM-EDS)及X射线光电子谱(XPS)分析了合成粉末的晶体结构、成分、形貌及元素的化合态。结果表明:所合成产物的XRD数据均与标准PDF卡片数据吻合,成分元素测定值与理论值基本相符,合成产物为微米量级粒径的粉末。  (2)采用液相转移法和乳化脱水法制备了含不同种高铼酸盐添加剂的油品。重点考察了表面活性剂的种类、剂量、脱水温度、脱水时间及高铼酸盐的浓度等对于制备稳定分散的含高铼酸盐油品的影响。结果表明:液相转移法利用乙醇+聚乙二醇辛基苯基醚(OP10)+十二烷基硫酸钠(SDS)组合可以将易溶于乙醇溶液的高铼酸铜粉末稳定分散于基础油中;乳化脱水法利用聚乙二醇辛基苯基醚(OP10)+十二烷基硫酸钠(SDS)组合或失水山梨醇单硬脂酸酯(Span60)+聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯(Tween60)组合可以稳定分散不同种高铼酸盐粉末于基础油中,乳化脱水法的脱水条件:1500rad/min,130℃,脱水时间约为5分钟。  (3)利用四球试验机考察了含不同高铼酸盐油品的极压减摩性能,重点考察了高铼酸盐含量、载荷等对含高铼酸盐添加剂油品的减摩性能的影响。结果表明:所有种类的高铼酸盐添加剂均能不同程度提高基础油的极压性能和降低基础油的摩擦系数。在摩擦过程中,高铼酸盐粉末被不断细化,向摩擦接触处转移,易于填充磨斑凹坑中,与基础油形成复合油膜,使磨痕表面更光滑。其中,含0.5wt%Pb(ReO4)2添加剂油品具有最好的综合性能。当高铼酸盐添加剂浓度超过0.5wt%时,添加剂的减摩效果有所下降,说明只有添加适量的添加剂才能形成连续有效的润滑膜。  (4)采用Si3N4陶瓷球/GH4169高温合金摩擦副,在UMT-2M摩擦试验机上考察摩擦副间添加含高铼酸盐油品从室温至600℃大气环境下的减摩行为。利用XRD结构分析、SEM形貌分析、EDS成分检测、Raman光谱分析、DTA/TG热重分析及XPS化合态分析等,探索不同高铼酸盐添加剂在宽温域的减摩机理;同时考察了温度、添加剂浓度等因素对含高铼酸盐添加剂油品减摩行为的影响。结果表明:在200℃以下,高铼酸盐添加剂的加入并不影响基础油的优异的润滑性能;在300℃以上,不同种高铼酸盐添加剂均能不同程度降低基础油的摩擦系数。高温时高铼酸盐能在磨痕表面与高温合金自生氧化物形成减摩层,有效避免摩擦副的直接接触。Pb(ReO4)2添加剂还会随着温度升高发生晶面择优取向变化及熔化,在高温段具有较低的摩擦系数;Ba(ReO4)2及Zn(ReO4)2随着温度升高可以发生晶型转变,形成更易于剪切的六方结构;Ca(ReO4)2、Cu(ReO4)2、La(ReO4)3因其本身质软等属性,高温区间能起到有效润滑的作用。高铼酸盐添加剂的减摩能力对于积炭较为敏感,油品氧化结焦对于高铼酸盐的减摩性能具有抑制作用。从分散效果和降低成本等角度综合考量,0.5wt%浓度已满足宽温域润滑的需要。  (5)将Ba(ReO4)2添加剂与MoS2传统润滑剂作对比,并将Ba(ReO4)2与MoS2复合添加于基础油中,通过四球试验机和UMT-2M摩擦试验机考察其在室温至600℃大气环境下减摩协同增效作用。利用XRD、SEM-EDS、DTA/TG、XPS等分析手段对添加剂、磨痕表面以及减摩层进行表征,结果如下:四球试验结果表明MoS2添加剂更易在磨斑表面形成稳定的减摩膜;Ba(ReO4)2则能最大程度提高基础油的极压性能。宽温域摩擦学实验结果表明:350℃以下,含MoS2添加剂油品具有更好的减摩效果,这与二硫化钼的层状结构易剪切有关;450℃以上,含Ba(ReO4)2添加剂油品表现出较好的摩擦学性能;Ba(ReO4)2/MoS2复合添加剂因高温段时MoS2氧化生成MoO3,抑制了Ba(ReO4)2的高温减摩作用,因此二者协同增效作用不明显。
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