MSe<,2>(M=Nb,W)纳米材料的制备及摩擦学性能研究

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以MoS2为代表的过渡族金属硫化物因其独特的层状结构,层间以范德华力结合,层内以很强的共价键结合,且在自然界中有大量矿藏,所以在摩擦领域得到了广泛的应用和研究。事实上,过渡族金属硒化物,如MSe2(M=Nb,W)与MoS2具有相似的物理结构及物理性质,将其作为润滑油添加剂添加到普通基础油中,可以明显的提高其减摩性能,但人们对其在摩擦领域的研究较少,因此我们利用固相合成法制备出了不同形貌的MSe2(M=Nb,W)纳米材料,并对其在摩擦学性能方面的研究进行了探讨。本文主要对过渡族金属硒化物MSe2(M=Nb,W)型纳米材料的制备工艺和摩擦学性能等问题进行了初步探索。主要研究内容包括:(1)将单质Nb粉和Se粉混合,密封在反应釜内,在高温管式炉中加热,通过固相反应合成了大量的NbSex微纳米片和纤维。对所合成的纳米材料分别用TEM、SEM、EDS、XRD等测试手段进行表面形貌和结构成分的表征。结果表明,提高温度有利于NbSex的结晶;温度较低时容易得到纤维状微纳米材料,直径100~300 nm,长度为几十微米;随着温度的升高,微纳米纤维逐渐消失而形成六边形状的片层结构,尺寸在10μm左右。(2)将得到的NbSe3纳米纤维进行高温分解,并利用SEM、EDS、TEM、HRTEM等测试手段对其产物进行了表面形貌和结构成分的表征。结果表明,得到了NbSe2纳米纤维,直径150~300 nm,长度为几十微米。(3)将单质W粉和Se粉密封在反应釜内,在高温管式炉中加热,通过固相反应合成了大量的WSe2纳米片。对所合成的纳米材料分别用TEM、SEM、EDS、XRD等方法进行了结构、形貌和成分的测试和表征。结果表明,制备出的纳米材料具有纳米纤维,纳米片和纳米颗粒等不同形貌,其尺寸在100nm以内。(4)将NbSex和WSe2微纳米材料作为润滑油添加剂,在UMT-2摩擦磨损试验机上进行了不同条件的摩擦性能测试,对过渡族金属硒化物MSe2(M=Nb,W)微纳米材料在边界润滑条件下的摩擦学行为进行了初步探讨,并对比了不同形貌的微纳米材料的摩擦学性能,结果表明,添加了纳米材料的润滑油的摩擦系数降低百分比为10%~30%。(5)将NbSe2微纳米材料与铜机械混合制备出了铜基复合材料并在UMT-2摩擦磨损试验机上对其进行了不同条件的摩擦性能测试,对NbSe2微纳米材料在干摩擦条件下的摩擦学性能进行了研究,对比了不同形貌的NbSe2微纳米材料对铜的摩擦学性能的影响。结果表明,添加了NbSe2纳米材料的铜基复合材料具有更好的减摩性能。(6)通过对添加纳米级固体添加剂的润滑油的摩擦性能试验,初步探讨了含有MSe2(M=Nb,W)纳米级固体添加剂的润滑油的摩擦机制,其优异的摩擦性能可能归结于MSe2纳米材料独特的结构,润滑膜机制和填充条件修复机制。
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