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CuO/Al2O3复合纳米颗粒作为润滑油添加剂的性能研究

作　者: 陈强
导　师: 郑少华
学　校: 济南大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: CuO/Al2O3复合纳米粉体 水热法 抗磨减摩 润滑油添加剂
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


通过煅烧法、水热法制备Al2O3纳米颗粒（其中在水热法制备过程中选用了原位改性法对纳米颗粒进行改性，煅烧法制备Al2O3过程中选用了表面接枝改性法对纳米颗粒进行改性）。以油高比为考查指标，通过正交分析得到如下结果：水热法制备Al2O3最佳工艺参数：铝源为异丙醇铝，KH-560改性剂加入量为1.0wt%，PH值为8，水热温度为220℃；煅烧法制备Al2O3最优方案：铝源：硝酸铝，PH：9，煅烧温度：500℃，改性剂加入量：1.5wt%。通过激光粒度、扫描电镜对比分析，水热法制备的Al2O3纳米粉体的分散性明显优于煅烧法制备的Al2O3纳米粉体的分散性；对改性前后的Al2O3纳米颗粒进行Zeta电位测试发现：改性后的Al2O3纳米颗粒的Zeta电位绝对值都大于改性前的，改性后纳米粉体的分散性得到改善。通过红外光谱分析发现：改性后的Al2O3纳米颗粒表面出现了-Si-O-Al键，表明硅烷偶联剂以化学键的形式与颗粒表面的羟基发生了键和，实现了对颗粒的有机包覆，改性后的Al2O3纳米颗粒表面由亲水疏油性变成了亲油疏水。以粒度为考察指标，通过正交分析得到水热法制备CuO纳米颗粒的最优方案为：改性剂种类油酸钠、反应温度150℃、反应时间16h。激光粒度分析可知，制备的CuO纳米颗粒平均粒径由改性前的83nm变为改性后的65nm。红外光谱分析可知，油酸钠分子在氧化铜表面发生吸附、键合进而在其表面形成有机包覆膜，从而实现了CuO纳米颗粒表面性质由亲水向亲油的转变。ZETA电位分析和扫描电镜分析结果表明，改性后CuO纳米颗粒团聚现象减少，分散性变好。以油高比作为考察指标，通过设计正交试验分析得出制备CuO/Al2O3复合纳米颗粒的最优方案为：铝铜摩尔比1:1，反应温度140℃，改性剂种类油酸，改性剂用量为5%，溶液PH为5。通过XRD分析，得出制备的CuO/Al2O3复合纳米颗粒为CuO、Al2O3、CuAl2O4的多元复合物。通过激光粒度分析，CuO/Al2O3复合纳米颗粒平均粒度为83nm。通过扫描电子显微镜分析，CuO/Al2O3复合纳米颗粒球形度较好，大小均一，粒径较小，且基本无团聚现象。通过Zeta电位分析，改性后CuO/Al2O3复合纳米颗粒分散性良好。利用MMU-10G型摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验，分别研究CuO，Al2O3，CuO和Al2O3物理混合颗粒，CuO/Al2O3复合纳米颗粒的减摩抗磨性能，四球试验结果表明，加入CuO纳米粉体质量分数为0.05wt%的润滑油的平均摩擦系数最大降幅可达33.2%，磨斑直径降幅为10.3%。加入Al2O3纳米粉体质量分数为0.1wt%的润滑油的平均摩擦系数最大降幅可达23.8%，磨斑直径降幅为36.2%。加入CuO/Al2O3复合纳米粉体质量分数为0.1wt%的润滑油的平均摩擦系数最大降幅可达35.6%，磨斑直径降幅为39.1%。对CuO/Al2O3复合纳米粉体和Al2O3、CuO混合纳米粉体的抗磨减摩性能进行比较发现：CuO/Al2O3复合纳米粉体的抗磨减摩性能优于同条件下的Al2O3、CuO混合纳米粉体。这说明将Al2O3和CuO进行化学复合有利于呈现出协同效应。抗磨减摩机理的分析：通过对摩擦副表面进行EDS分析可知，CuO/Al2O3复合纳米粉体在摩擦过程中向摩擦副表面发生了转移，形成坚硬的化学反应膜，表现出优越的抗磨性能。由于纳米颗粒近似为球形，将摩擦副之间的滑动摩擦变滚动摩擦，从而降低摩擦系数，呈现出优良的减摩性能。

全文目录


摘要  8-10
Abstract  10-12
第一章 绪论  12-18
  1.1 摩擦与磨损  12-13
  1.2 纳米抗磨剂的种类  13-14
  1.3 纳米抗磨剂的制备方法  14-15
  1.4 纳米抗磨剂的表面改性  15-16
  1.5 纳米抗磨剂的润滑机理  16-17
  1.6 研究目的与意义  17-18
    1.6.1 选题目的  17
    1.6.2 选题意义  17-18
第二章 Al_2O_3纳米粉体的制备与表征  18-33
  2.1 试验原料及仪器  18-19
    2.1.1 试验原料  18
    2.1.2 试验仪器  18
    2.1.3 测试仪器  18-19
  2.2 试验流程  19-20
  2.3 Al_2O_3纳米颗粒的制备  20-23
    2.3.1 水热法制备 Al_2O_3纳米颗粒  20-21
    2.3.2 煅烧法制备 Al_2O_3纳米颗粒  21-23
  2.4 Al_2O_3粉体的表征  23
  2.5 结果与分析  23-31
    2.5.1 正交试验结果与分析  23-27
    2.5.2 优化试验结果与分析  27-31
  2.6 本章小结  31-33
第三章 CuO 纳米粉体的制备与表征  33-41
  3.1 试验原料及仪器  33-34
    3.1.1 试验原料  33
    3.1.2 试验仪器  33
    3.1.3 测试仪器  33-34
  3.2 试验流程  34
  3.3 CuO 纳米颗粒的制备  34-35
  3.4 CuO 粉体的表征  35
  3.5 结果与分析  35-40
    3.5.1 正交试验结果与分析  35-36
    3.5.2 优化方案结果与分析  36-40
  3.6 本章小结  40-41
第四章 CuO/Al_2O_3复合纳米颗粒的制备及表征  41-49
  4.1 试验原料及仪器  41
    4.1.1 试验原料  41
    4.1.2 试验仪器  41
    4.1.3 测试仪器  41
  4.2 试验原理与试验流程  41-42
  4.3 CuO/Al_2O_3纳米颗粒的制备  42-44
  4.4 CuO/Al_2O_3复合粉体的表征  44
  4.5 试验结果与分析  44-48
    4.5.1 CuO/Al_2O_3正交试验结果与分析  44-45
    4.5.2 优化方案结果与分析  45-48
  4.6 本章小结  48-49
第五章 减摩抗磨试验  49-69
  5.1 试验原料及仪器  49-50
    5.1.1 试验原料  49
    5.1.2 试验仪器  49
    5.1.3 测试仪器  49-50
  5.2 试验过程  50-54
    5.2.1 试验用油的配置  50-51
    5.2.2 四球摩擦磨损试验  51-52
    5.2.3 止推圈摩擦磨损试验  52-54
  5.3 摩擦磨损试验结果及分析  54-67
    5.3.1 四球试验结果分析  54-62
    5.3.2 止推圈试验结果分析  62-67
  5.4 抗磨减摩机理探讨  67
  5.5 本章小结  67-69
第六章 结论与创新点  69-72
  6.1 结论  69-70
  6.2 创新点  70
  6.3 今后研究方向  70-72
    6.3.1 研究内容  70-71
    6.3.2 研究思路  71-72
参考文献  72-78
致谢  78-80
附录  80

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