納米銅在潤滑油方面的應(yīng)用

目錄

在潤滑方面的應(yīng)用

制備方法3納米銅的特點(diǎn)12發(fā)展趨勢4納米銅主要特點(diǎn)：相較于普通金屬銅，反應(yīng)活性和催化活性大大提高。納米晶體銅強(qiáng)度比普通銅高5倍，在室溫軋制過程中出現(xiàn)超塑性延展性，延伸率超過5100％，且不出現(xiàn)加工硬化。其微粒強(qiáng)烈地趨向電中性。在空中極易吸附氧并被氧化。具有極強(qiáng)的光吸收能力。低熔點(diǎn)。納米銅的主要用途：一、催化劑：納米銅可以在石油化工中用作催化劑，研究表明，粒徑大小對(duì)銅粒子的催化活性影響較大，粒徑越小，產(chǎn)物收率越高。二、導(dǎo)電膠材料：其強(qiáng)度高且價(jià)格相較于其他貴金屬低廉很多，在電子行業(yè)中可代替其他金屬采用銅銀雙金屬粉末來制造導(dǎo)電膠、導(dǎo)電漿料、和電極材料等。三、高級(jí)潤滑脂添加劑：這是目前最成功的應(yīng)用之一。銅納米微粒在摩擦過程形成的電場作用下，通過電泳運(yùn)動(dòng)在摩擦表面沉積，形成致密的保護(hù)膜，而表現(xiàn)出良好的抗磨減摩性能。同時(shí)在高載荷及高速下，納米銅的添加有效地提高發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油的抗磨性能，使發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)易損件的適用壽命延長。固體潤滑劑pv因子（壓力速度因子）/kN.(m.s)-1最大負(fù)荷/kN.m-2最大速率/m.s-1摩擦系數(shù)石墨70014000.500.10~0.20MoS23500175000.200.10~0.20PTFE50025000.020.10~0.60納米金屬粉末4000>350000.150.10~0.18添加不同納米粉末添加劑潤滑劑的性能對(duì)比納米銅在潤滑油中的應(yīng)用磨損、腐蝕、疲勞是機(jī)械材料失效的三種形式。磨損造成的經(jīng)濟(jì)損失十分巨大。全球一次能源大約有1/3消耗于摩擦，近80％的零件因磨損而報(bào)廢。使用潤滑油則是降低摩擦、減小或避免磨損的最有效手段。而作為提高潤滑油品質(zhì)的潤滑油添加劑則是各國研究的重點(diǎn)對(duì)象。在潤滑油中添加材料制成的潤滑劑可顯著提高其潤滑性能和承載能力、降低摩擦系數(shù)、減少摩擦阻力、延長機(jī)器壽命。納米銅添加劑的摩擦學(xué)作用機(jī)理“球軸承”機(jī)制成膜機(jī)制修復(fù)與填充機(jī)制“球軸承”機(jī)制該機(jī)制認(rèn)為，均勻分散在潤滑油中的納米銅顆?？梢宰兡Σ粮敝g的滑動(dòng)摩擦為滾動(dòng)摩擦，同時(shí)起到支撐的作用，表現(xiàn)出優(yōu)異的抗磨減摩的抗擠壓性能。但實(shí)際上，對(duì)普通摩擦副而言，納米銅顆粒產(chǎn)生“球軸承”作用十分困難。目前只是人們的一種設(shè)想，缺少實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的證明。修復(fù)與填充機(jī)制該機(jī)制認(rèn)為，分散在潤滑油中的納米顆粒通過吸附、沉積或鑲嵌作用填補(bǔ)摩擦表面上的微損傷和微劃痕，使摩擦表面光滑、平整，有利于應(yīng)力的釋放和改善摩擦，并具有一定的修復(fù)作用。成膜機(jī)制

納米銅顆粒在摩擦表面通過物理、化學(xué)作用形成一層低剪切強(qiáng)度的保護(hù)膜，變摩擦副之間的摩擦為保護(hù)膜的膜內(nèi)磨損。

電泳運(yùn)動(dòng)--沉積--鋪展成膜載體及物理化學(xué)作用成膜

機(jī)械--化學(xué)反應(yīng)成膜“冶金效應(yīng)”成膜納米銅影響摩擦學(xué)特性的因素A粒徑和添加量的影響由圖可得，潤滑油中納米銅顆粒的粒徑存在一個(gè)較佳范圍，粒徑尺寸為4~15nm時(shí)納米銅顆粒的潤滑效果最佳，在此范圍外，則不甚明顯。但由于制備和改性工藝的不同，納米銅顆粒的粒徑及其在潤滑油中的分散穩(wěn)定性的差異和顆粒有效含量不同，使得這一最佳添加范圍尚未取得一致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。B滑動(dòng)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的影響研究表明：同低負(fù)荷相比，納米銅在高負(fù)荷下具有更好的摩擦學(xué)性能。對(duì)滑動(dòng)速度的研究表明：在低負(fù)荷時(shí)，納米銅的減摩性隨滑動(dòng)速度的減小而提高；在高負(fù)荷時(shí)，滑動(dòng)速度對(duì)納米銅摩擦學(xué)性能的影響較小。潤滑介質(zhì)的影響：納米銅顆粒在各種潤滑油中都具有優(yōu)異的抗磨減摩性能，只是在不同的油品中表現(xiàn)出的作用效果因油品本身的性能差異而有所不同。C摩擦副材料的影響：納米銅顆粒對(duì)鋼-鋼、鋼-鐵、鐵-銅、鋼-鋁摩擦副都有一定的抗磨減摩作用，對(duì)于硬度較低的銅、鋁等材料，因在高負(fù)荷條件下易發(fā)生塑形變形，因此作用效果同低負(fù)荷條件相比稍差。D納米銅添加工藝的影響：學(xué)者研究了納米銅不同分散工藝對(duì)潤滑油（SF15W/40機(jī)油）摩擦學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：采用超聲分散比采用球墨分散的減摩性能好。E為什么會(huì)存在這一問題？納米銅顆粒添加到潤滑油中，因其粒度小、表面能高，顆粒之間存在吸引力，自動(dòng)聚集的傾向很大，易發(fā)生團(tuán)聚，這種團(tuán)聚即使在潤滑油中被強(qiáng)行分散，顆粒之間也會(huì)在相互碰撞時(shí)再次團(tuán)聚，從而發(fā)生聚沉。而一旦發(fā)生團(tuán)聚、沉淀或變性，就不再具有原有的特性，同時(shí)還可能對(duì)基于油潤滑設(shè)計(jì)的機(jī)械系統(tǒng)造成負(fù)面影響。因此，納米銅顆粒作為潤滑油添加劑研究中需要解決的主要問題是納米顆粒在油性介質(zhì)中的分散穩(wěn)定性問題。納米銅顆粒在潤滑油中分散穩(wěn)定性研究改善方法在水相或者醇水相中加入有機(jī)試劑。再通過沉淀反應(yīng)或者水解反應(yīng)生成納米顆粒時(shí)，有機(jī)修飾劑通過鍵合或者吸附作用鑲嵌在納米顆粒表面，得到表面修飾的納米顆粒，通過有機(jī)修飾劑的親油性，提高納米顆粒的油溶性，防止團(tuán)聚和阻止納米銅顆粒的氧化。目前采用的有機(jī)修飾劑主要有油酸、DDP、含氮的有機(jī)物等。納米銅制備方法液相還原法絲爆炸法激光-感應(yīng)復(fù)合加熱法射頻等離子體法

2CuSO4+NaH2PO2+2H2