二维层状β-氢氧化镍及六方氮化硼纳米润滑添加剂的摩擦学性能研究

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润滑是改善机械系统摩擦磨损最普遍的方式,润滑添加剂在其中起着至关重要的作用。纳米材料因其独特的结构及尺寸效应可作为一种新型润滑添加剂,其中二维纳米材料具有独特的层状结构,在摩擦领域表现出巨大的潜力。本文系统研究了二维层状β-氢氧化镍(β-Ni(OH)2)及六方氮化硼(h-BN)基纳米复合材料的制备、形貌结构及其作为润滑添加剂的摩擦磨损性能,探讨了其作为润滑油添加剂的减摩抗磨机理及纳米复合材料的协同润滑机理。具体的研究内容如下:(1)采用水热合成法制备了二维层状β-Ni(OH)2及负载纳米镍的β-Ni(OH)2复合材料(Ni/β-Ni(OH)2),系统研究了以油酸为分散剂,Ni/β-Ni(OH)2纳米复合材料作为润滑油PAO6添加剂的摩擦磨损性能。结果表明,纳米Ni颗粒均匀分布在β-Ni(OH)2片层间;与单一β-Ni(OH)2相比,Ni/β-Ni(OH)2纳米复合材料表现出更优异的分散性和摩擦磨损性能。这主要是由于β-Ni(OH)2原位还原出纳米Ni颗粒后,层间距增大,在分散剂油酸作用下,Ni/β-Ni(OH)2更易分散于润滑油中;同时,Ni/β-Ni(OH)2中β-Ni(OH)2与纳米Ni颗粒在摩擦过程中相互协同作用,有利于其在摩擦界面处形成反应保护膜,从而实现减摩抗磨性能的提升。(2)采用水热修饰制备了表面修饰的六方氮化硼(f-BN),系统研究了f-BN作为润滑油添加剂对硬质薄膜氮化钼涂层的摩擦磨损性能影响。结果表明,长碳链成功接枝到六方氮化硼表面上;与原始六方氮化硼(p-BN)相比,f-BN的油溶性更好,表现出更优异的润滑性能。这主要是由于在f-BN改性油样润滑下,摩擦界面处更易形成稳定存在的钼氧化物(Mo Ox),Mo Ox具有一定减摩抗磨作用,与f-BN共同作用,从而实现更优异的摩擦磨损性能。(3)采用水热吸附及热解还原反应制备了负载纳米铜的六方氮化硼复合材料(Cu/h-BN),系统研究了Cu/h-BN纳米复合材料作为润滑油PAO10添加剂的摩擦磨损性能。结果表明,纳米Cu分散在六方氮化硼表面;Cu/h-BN纳米复合材料呈现出比单一材料(纳米Cu或h-BN)更优异的摩擦磨损性能。这主要是由于Cu/h-BN纳米复合材料可在摩擦界面处发生填埋、抛光等作用使界面趋于平滑,此外,其组分纳米Cu的存在可加速其在摩擦界面处沉积,形成稳定的润滑保护膜,进一步提高了摩擦系统的减摩抗磨性能。
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