学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

Al_2O_3/SiO_2复合纳米颗粒作为抗磨剂的性能研究

作　者: 焦大
导　师: 郑少华
学　校: 济南大学
专　业: 材料加工工程
关键词: Al2O3/SiO2复合纳米颗粒制备表面改性润滑油添加剂摩擦性能
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 72次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

近年来,我国经济飞速发展,尤其是交通运输业的蓬勃发展使润滑油和油品添加剂的需求量持续升高。但由于石油资源紧缺,导致了润滑油需求量和供应量之间的矛盾,这必将为我国润滑油市场的发展带来新的机遇和挑战。需油量的增加以及人们环保意识的增强,使传统的润滑添加剂已不能满足现代工业发展的需要,因此提高润滑油的抗磨、减摩性能,减少摩擦磨损,降低能耗,延长机器零部件的使用寿命,减少润滑产品对环境的危害成为科研人员和使用者迫切要解决的问题。随着纳米摩擦学的发展,纳米润滑添加剂为解决这些问题带来了新的希望。近十年来,有关纳米颗粒作为润滑添加剂的研究和报道屡见不鲜,大量研究证明添加纳米颗粒后润滑油不仅具有明显的抗磨减摩性能,而且具有较好的环境友好性,是传统润滑油所不能比拟的,纳米颗粒作为润滑油添加剂受到了人们的广泛关注。本文以Al₂O₃/SiO₂复合纳米颗粒为研究对象,重点研究了其作为润滑油添加剂的摩擦学性能。为了Al₂O₃/SiO₂复合纳米颗粒作为抗磨剂的摩擦机理进行更加深入的研究,作者以异丙醇铝（AIP）和正硅酸乙酯（TEOS）为主要原料,采用水热法制备了Al₂O₃/SiO₂复合纳米颗粒;然后又用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝锆偶联剂,利用表面改性和原位改性对其进行表面改性;最终通过摩擦试验对添加改性后Al₂O₃/SiO₂复合纳米颗粒的润滑油进行了摩擦学性能研究。本文主要研究内容如下:（1） Al₂O₃/SiO₂复合纳米颗粒的制备:采用多种原料和方法制备了Al₂O₃/SiO₂复合纳米颗粒,以粒径和形貌为标准初步确定了制备Al₂O₃/SiO₂复合纳米颗粒的原料和方法。通过L9（3⁴）正交试验考察了Al₂O₃/SiO₂复合纳米颗粒中的Al₂O₃/SiO₂摩尔比,制备前驱体所用碱的种类,分散剂用量,制备温度四个因素对制备的影响,找出了制备Al₂O₃/SiO₂复合纳米颗粒的最佳工艺参数:Al₂O₃/SiO₂摩尔比为1:4;分散剂用量2%;碱的种类为氨水;制备温度220℃。并通过扫描电镜SEM、透射电镜TEM、x射线衍射XRD、红外光谱分析IR、激光粒度测试等对制备出的Al₂O₃/SiO₂复合纳米颗粒进行了表征,结果表明,制备的Al₂O₃/SiO₂复合纳米颗粒呈球形,粒径在100nm以内,为无定形态。（2） Al₂O₃/SiO₂复合纳米颗粒的表面改性:采用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝锆偶联剂改性剂,利用表面接枝改性和原位改性的方法,对Al₂O₃/SiO₂复合纳米颗粒进行表面改性。通过L9（3⁴）正交试验分别找出了表面接枝改性、原位改性的最佳工艺参数:表面接枝改性中,Al₂O₃/SiO₂摩尔比为1:4,钛酸丁酯偶联剂,用量为3wt%,pH值为7;原位改性中,Al₂O₃/SiO₂摩尔比为1:4,硅烷偶联剂,用量3wt%,改性温度220℃。并对Al₂O₃/SiO₂复合纳米颗粒进行了SEM、Zeta电位测试、XRD、IR测试。结果表明,改性后的Al₂O₃/SiO₂复合纳米颗粒为球形,粒径均匀且在100nm以内,为无定形态,在润滑油中具有良好的分散稳定性。（3） Al₂O₃/SiO₂复合纳米颗粒的摩擦学性能研究:利用万能摩擦磨损试验机,通过四球试验和止推圈试验,从摩擦系数、磨斑直径、磨损量、摩擦表面形貌等方面对Al₂O₃/SiO₂复合纳米颗粒的摩擦学性能进行了分析评价,并与单一的Al₂O₃和SiO₂纳米颗粒进行比较。结果表明:添加了纳米颗粒的润滑油较没有添加的摩擦学性能得到了明显的改善;四球试验和止推圈试验都证明Al₂O₃/SiO₂复合纳米颗粒作为润滑油添加剂存在一个最佳添加浓度,为0.5wt%,该浓度下摩擦系数、磨斑直径最小,摩擦表面划痕较浅、较细;Al₂O₃/SiO₂复合纳米颗粒的抗磨减摩性较单一的Al₂O₃和SiO₂纳米颗粒好;Al₂O₃和SiO₂纳米颗粒相比,Al₂O₃纳米颗粒的抗磨性较好,SiO₂纳米颗粒的减摩性较好。Al₂O₃/SiO₂复合纳米颗粒向摩擦表面转移,与摩擦表面发生物理化学作用,在摩擦表面形成一层动态的自修复膜,有效地保护了摩擦表面。

全文目录

摘要  9-11
ABSTRACT  11-14
第一章引言  14-29
  1.1 纳米材料简介  14-18
    1.1.1 纳米材料的定义及分类  14
    1.1.2 纳米材料的特性及应用  14-18
  1.2 纳米颗粒的制备  18-22
    1.2.1 物理法  18-20
    1.2.2 化学法  20-22
  1.3 纳米颗粒的表面改性  22-25
    1.3.1 表面改性方法  22-25
    1.3.2 改性表征  25
  1.4 纳米颗粒作为润滑油添加剂简介  25-27
    1.4.1 纳米润滑的研究背景  25-26
    1.4.2 纳米润滑添加剂的分类  26-27
    1.4.3 存在问题  27
  1.5 研究目的、意义及创新点  27-29
    1.5.1 研究目的  27
    1.5.2 研究意义  27-28
    1.5.3 创新点  28-29
第二章 Al_2O_3/SiO_2复合纳米颗粒的制备  29-46
  2.1 制备实验流程  29-30
    2.1.1 原料的选取  29-30
    2.1.2 制备方法的选取  30
    2.1.3 制备优方案的选取  30
    2.1.4 制备表征  30
  2.2 实验原料及仪器  30-31
  2.3 制备原理  31-33
    2.3.1 无机铝盐  31-32
    2.3.2 异丙醇铝  32
    2.3.3 硅酸钠  32-33
    2.3.4 正硅酸乙酯  33
  2.4 实验步骤  33-38
    2.4.1 探索实验  33-37
    2.4.2 正交试验  37-38
  2.5 结果与分析  38-45
    2.5.1 SEM 分析  38-40
    2.5.2 TEM 分析  40-41
    2.5.3 正交试验分析  41-42
    2.5.4 激光粒度分析  42-44
    2.5.5 XRD 分析  44
    2.5.6 红外光谱分析  44-45
  2.6 本章小结  45-46
第三章 Al_2O_3/SiO_2复合纳米颗粒的表面改性  46-63
  3.1 改性实验流程  46-47
    3.1.1 实验流程说明  46
    3.1.2 表征手段  46-47
  3.2 实验原料及仪器  47-48
    3.2.1 实验原料  47
    3.2.2 实验仪器  47-48
  3.3 表面改性原理  48-51
    3.3.1 硅烷偶联剂  48-49
    3.3.2 钛酸酯偶联剂  49-50
    3.3.3 铝锆偶联剂  50-51
  3.4 实验步骤  51-53
  3.5 结果与分析  53-62
    3.5.1 正交试验分析  53-57
    3.5.2 油溶性分析  57-58
    3.5.3 TEM 分析  58-59
    3.5.4 Zeta 电位分析  59-60
    3.5.5 SEM 分析  60
    3.5.6 x 射线衍射分析  60-61
    3.5.7 红外光谱分析  61-62
  3.6 本章小结  62-63
第四章 Al_2O_3/SiO_2复合纳米颗粒的摩擦学性能研究  63-86
  4.1 摩擦试验流程  63
  4.2 试验原料及仪器  63-64
  4.3 准备试验  64-65
    4.3.1 纳米颗粒的制备  64-65
    4.3.2 样品油的配制  65
  4.4 四球试验  65-67
    4.4.1 试验指标与参数  66
    4.4.2 实验步骤  66-67
  4.5 止推圈试验  67-69
    4.5.1 试验指标与参数  68
    4.5.2 实验步骤  68-69
  4.6 结果与分析  69-85
    4.6.1 激光粒度分析  69-70
    4.6.2 四球试验  70-76
    4.6.3 止推圈试验  76-82
    4.6.4 摩擦机理分析  82-85
  4.7 本章小结  85-86
第五章结论与展望  86-88
  5.1 结论  86-87
  5.2 展望  87
  5.3 今后工作建议  87-88
参考文献  88-95
致谢  95-96
附录  96

Al_2O_3/SiO_2复合纳米颗粒作为抗磨剂的性能研究

内容摘要

全文目录

相似论文