【摘 要】
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羟基硅酸镁(magnesium silicate hydroxide,MSH,理想化学式Mg3Si2O5(OH)4)作为蛇纹石型自修复添加剂的主要成分,可以有效提高润滑油的摩擦学性能,减少机械零部件在运行过程中的磨损,从而延长工作寿命。然而,受限于天然蛇纹石含有杂质、细化工艺复杂等问题,研究人员开始采用化学合成方法制备MSH纳米材料,目前已实现对其成分、微观形貌、晶体结构的控制,并在此基础上探索了
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羟基硅酸镁(magnesium silicate hydroxide,MSH,理想化学式Mg3Si2O5(OH)4)作为蛇纹石型自修复添加剂的主要成分,可以有效提高润滑油的摩擦学性能,减少机械零部件在运行过程中的磨损,从而延长工作寿命。然而,受限于天然蛇纹石含有杂质、细化工艺复杂等问题,研究人员开始采用化学合成方法制备MSH纳米材料,目前已实现对其成分、微观形貌、晶体结构的控制,并在此基础上探索了其作为润滑油添加剂的摩擦学性能。本文在课题组前期研究基础之上,首先采用水热法制备了MSH纳米材料,探索其在四球摩擦磨损标准工况下的减摩抗磨性能;其次,通过高能球磨和水热的方法将MSH与微晶石墨(Microcrystalline graphite,MG)相复合,尝试进一步提高MSH的摩擦学性能;最后,综合实验结果及表界面表征手段探索了MSH、MSH复合MG作为润滑油添加剂的磨损自修复机制。主要结论包括:(1)MSH纳米材料的水热合成实验结果表明,当水热参数控制为Mg/Si摩尔比1.25、反应介质p H=13、反应温度200℃、反应时间12h时,可得到含极少Mg(OH)2的、成分较为纯净的MSH纳米材料;将MG作为水热反应的原材料之一,可制备得到MSH复合MG材料。摩擦学实验结果表明,复合粉体作为润滑油添加剂时具有比纯MSH更低的摩擦系数和更显著的抗磨性能,以平均磨斑直径作为抗磨性能的参照标准,其抗磨性能提高5.6%;(2)根据国家标准,设置四球摩擦磨损试验温度为75℃,研究了MSH作为润滑油添加剂在不同工况下的摩擦学性能。实验结果表明MSH作为润滑油添加剂在转速为300~1200 r/min(对应线速度0.12~0.46 m/s)、载荷为147~294 N(最大接触应力2.49~3.14 GPa)的工况下,均能显著地改善润滑油的摩擦学性能;当试验条件为载荷147 N、转速为1200 r/min和300 r/min时,含MSH的油样对应的试件磨斑直径相对于基础油可分别降低49.2%和34.3%,并在磨损区域形成由Fe、C、Si、O和Mg组成的修复膜;(3)采用高能球磨法,将MSH纳米材料与MG混合,得到不同MSH:MG混合质量比例的粉体。摩擦学实验结果表明,不同比例的混合粉体作为润滑油添加剂时,均表现出较基础油更加优异的摩擦学性能。其中,混合质量比例为1:4的混合粉体对应油样的摩擦系数相比基础油的摩擦系数降低2.9%,相比只添加MSH的油样摩擦系数降低11.7%;对应试件的磨斑直径相比基础油润滑的试件磨斑直径减小36.2%,相比只添加MSH的油样润滑的试件磨斑直径降低11.9%。本文采用水热法制备了MSH,并对其在不同工作条件下的摩擦学性能进行了研究。同制备出了具有较好摩擦学性能的混合粉体,为今后MSH的生产和工业应用提供了参考。
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