由于石墨的特殊结构,其具有良好的润滑性、化学稳定性、无毒价廉,而且石墨在我国的储量丰富,因而便于工业上使用。因此,本文选择石墨作为润滑油脂添加剂的制备原料。 本文采用化学插层氧化法制备了纳米碳粉,并对它们的形貌和结构进行了表征。结果表明利用化学氧化插层法制备的纳米碳粉为椭球状,粒径为30～250 nm,平均粒径98nm。表面含有极性基团-OH、-COOH及非极性基团-CH2等。 纳米碳粉在润滑油中分散时,采用性能温和、价格低廉的表面活性剂进行复配,加入到所制备的纳米碳粉中,通过研磨、搅拌、超声分散,进行纳米碳粉的表面修饰和在基础油中分散。实验证明,经过表面修饰的纳米碳粉在基础油中具有良好的分散性和稳定性,纳米润滑油经离心分离4 h后,未出现明显沉淀。用721-分光光度计测试纳米碳粉润滑油悬浮液的吸光度,以表征纳米碳粉在基础油的分散稳定性。实验结果表明,搁置3个月后纳米碳粉润滑油的吸光度基本无变化,说明通过本文方法制备的纳米碳粉润滑油具有较好的分散稳定性。 本文选择钢/钢摩擦副,在AW-3(A)型摩擦试验机上进行摩擦磨损实验。改变载荷、摩擦时间和添加剂含量条件,分别测量摩擦副的磨损量、磨斑直径及油温的变化量,比较基础油和纳米润滑油的润滑能力,用SEM进行磨损磨斑表面表征,并对两种油的摩擦机理进行对比分析。 随着载荷和摩擦时间的增加,基础油和纳米碳粉润滑油的抗摩擦能力均下降,而基础油润滑能力的下降幅度大于纳米碳粉润滑油。实验结果显示,纳米微粒可以极大提高低载荷条件下基础油的润滑能力。进行纳米润滑油和成品油的摩擦对比试验,通过各种摩擦参数、磨斑表面形貌以及磨斑的EDS分析比较,可以得知,两种润滑油均在摩擦表面发生化学反应,且纳米碳粉的抗摩擦能力较强。纳米润滑油的抗摩擦能力跟成品油相近,但纳米润滑油中不含硫成分,属环保型润滑油。 本文通过纳米微粒的分散、纳米润滑油摩擦试验,结果表明,经表面活性剂修饰的纳米润滑油具有良好的分散稳定性,且纳米碳粉能很大程度改善基础润滑油的润滑能力。一定比例的复配表面活性剂,当其HLB=10～13,质量含量为4.0％时,纳米润滑油的分散性、稳定性最好；当纳米碳粉在基础油中分散质量百分含量为0.4％时,纳米润滑油的抗磨性最好,为最佳用量,其含量继续增加,其抗磨性能无明显变化。