层状纳米材料被广泛用作固体润滑剂,例如石墨、二硫化钼等。层状材料结构的共性是层内以强共价键或离子键紧密结合,层间以弱范德华力相互吸引。为了验证这种层状纳米材料作为润滑油添加剂的摩擦学特性,揭示减摩抗磨机理,本论文选取三种不同类型的层状纳米材料:MoO₃、ZrS₂和蒙脱石进行摩擦磨损试验,并对磨损进行表面分析,以期为层状纳米材料作为润滑油添加剂使用提供试验依据和理论基础。本论文第一章主要介绍了现有的润滑油添加剂的作用、分类,以及未来的研究发展趋势,综述了二维层片状材料的种类和其作为润滑油添加剂的研究现状,并介绍了主要的减摩抗磨机理。本论文第二章以微纳米层状MoO₃为研究对象开展研究。摩擦试验研究发现,微纳米层状MoO₃添加剂能有效降低基础油的摩擦系数,降低噪声与振动。这是由于晶体层间范德华力较弱,MoO₃晶体在剪切力的作用下,沿平行于晶面方向发生层间滑移,将金属间的摩擦力转化为范德华力,MoO₃的最佳添加浓度为0.5wt%。微纳米层状MoO₃能够有效提升基础油的工作温度,可将工作温度从100℃提升到150℃。磨损试验研究发现,适量的微纳米MoO₃可以减少粘着磨损,防止表面破坏;微纳米层状MoO₃可有效降低磨合阶段的摩擦系数,减小磨痕的深度和宽度;MoO₃的最佳添加浓度为0.1 wt%。对磨损表面采用表面粗糙度仪、高倍显微镜和EDS进行了表征,发现添加了微纳米层状MoO₃的磨痕表面更平滑,并检测到了Mo元素,证明在摩擦化学作用下,MoO₃参与了摩擦膜的生成,并对凹坑起到填充修复的作用。通过测试润滑油的最大无卡咬负荷,发现1.5 wt%的微纳米MoO₃可以提高基础油的极压性能。通过Stribeck曲线发现,在流体动压润滑、混合润滑和边界润滑区域,微纳米层状MoO₃润滑油添加剂都能有效降低基础油的摩擦系数。本论文第三章以微纳米层状ZrS₂为研究对象开展研究。摩擦试验研究发现,微纳米层状ZrS₂添加剂能有效降低磨合阶段的摩擦系数,降低噪声和振动,ZrS₂最佳添加浓度为1 wt%。微纳米层状ZrS₂能够有效提升基础油的工作温度,可将工作温度从100℃提升到200℃。磨损试验研究发现,微纳米层状ZrS₂可以有效降低摩擦副磨合阶段和稳定磨损阶段的摩擦系数,减轻磨损程度,具有最佳抗磨性能的浓度为1 wt%。对磨损表面采用表面粗糙度仪、高倍显微镜和EDS进行了表征,发现添加了微纳米层状ZrS₂的磨痕小而平滑,并检测到了Zr和S元素,证明ZrS₂填充修复了磨损表面,同时参与生成了摩擦膜。通过测试润滑油的最大无卡咬负荷,发现1 wt%的微纳米ZrS₂使基础油的PB值提高了十二个等级。通过Stribeck曲线可知,微纳米层状ZrS₂在流体动压润滑、混合润滑和边界润滑区域都具有良好的减摩效果,但在流体动压润滑区域,片状的微纳米层状MoO₃比含有带状形貌的微纳米层状ZrS₂效果好。本论文第四章以微纳米层状蒙脱石为研究对象开展研究。摩擦磨损试验研究发现,在基础油中添加2 wt%⁶ wt%微纳米层状蒙脱石明显降低了摩擦系数,减小了磨损量,其中5 wt%为最佳浓度。利用表面粗糙度仪和SEM对磨痕表面二维形貌进行了表征,添加了2 wt%⁶ wt%微纳米层状蒙脱石的磨痕的深度大大减小。利用EDS检测磨痕表面元素发现磨损表面存在蒙脱石中的Al和Si元素,证明在磨损过程中,蒙脱石参与生成了具有优异摩擦学性能的表面膜,抵抗进一步磨损,修复表面凹坑。本论文第五章总结了对三种材料的研究结果,并对接下来的研究工作作出展望。