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制备可用于机械润滑添加剂的不同形貌纳米Fe_3O_4颗粒

作　者: 焦芬芬
导　师: 王燕民
学　校: 华南理工大学
专　业: 材料学
关键词: 纳米Fe3O4颗粒形貌表面改性润滑添加剂抗磨减摩自修复
分类号: TH117.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

制备纳米Fe₃O₄颗粒的方法很多,如化学共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等,本论文采用弱磁场辅助氧化共沉淀法合成制备不同形貌的纳米Fe₃O₄颗粒。然后,选取适当的表面活性剂对颗粒表面进行包覆改性,从而可使纳米Fe₃O₄颗粒能够稳定分散在润滑油中。最后,将改性过的不同形貌纳米Fe₃O₄颗粒作为润滑添加剂添加到润滑油中,进行摩擦磨损实验,并对其抗磨减摩性能进行分析研究。首先,采用自行设计的合成装置,通过弱磁场辅助氧化共沉淀法制备纳米Fe₃O₄颗粒,实验以NaOH、FeCl₂和H₂O₂为原料,通过改变反应物FeCl₂浓度(0.2-0.6 mol·L^-1)和辅助弱磁场强度（0-460 Gs）来制备不同形貌的纳米Fe₃O₄颗粒。经分析表明,该方法可制备出粒度在50-100nm之间,并具有无规则、正八面体、六方片状等不同形貌的纳米Fe₃O₄颗粒;弱外磁场在合成过程中能够加速诱导α-FeOOH向Fe₃O₄的相转变,缩短反应的时间,提高产物的纯度。然后,再选用油酸和硅烷偶联剂KH560作为表面活性剂,对纳米Fe₃O₄颗粒表面进行改性,比较两者的改性效果,选出合适的表面活性剂和其最佳改性浓度,为了使改性后的纳米Fe₃O₄颗粒稳定分散在润滑油中,还需加入辅助表面活性剂Span-80,并选出其最佳改性浓度。最后,将改性后的不同形貌的纳米Fe₃O₄颗粒作为润滑添加剂加入到润滑油中,在自行设计的摩擦装置上进行摩擦磨损实验,通过SEM、XPS以及拉曼光谱对钢摩擦副表面形貌和化学成分进行分析,结果发现,纳米Fe₃O₄颗粒被粘附在摩擦副钢表面上,形成一层自修复膜,这层自修复膜可以明显提高金属摩擦副的抗磨损性能。片状颗粒相对于八面体和无规则形貌颗粒,在摩擦面上能够更好地形成一层或多层低剪切应力的固体保护层,减磨和自修复效果较好。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-25
  1.1 引言  11
  1.2 四氧化三铁的结构和磁性  11-12
  1.3 纳米四氧化三铁的制备方法  12-17
    1.3.1 固相法  12-13
      1.3.1.1 球磨法  12-13
      1.3.1.2 热分解法  13
    1.3.2 液相法  13-17
      1.3.2.1 沉淀法  13-15
      1.3.2.2 水热法  15-16
      1.3.2.3 溶胶-凝胶法  16
      1.3.2.4 微乳液法  16
      1.3.2.5 电化学法  16-17
      1.3.2.6 有机物模板法  17
  1.4 纳米润滑添加剂的研究现状  17-23
    1.4.1 纳米润滑添加剂的研究现状  18-19
    1.4.2 纳米润滑添加剂的种类  19-21
    1.4.3 纳米润滑添加剂的作用机理  21-23
  1.5 论文的研究内容及目的  23-24
    1.5.1 论文的研究目的  23-24
    1.5.2 论文的研究内容  24
  1.6 本章小结  24-25
第二章弱磁场辅助氧化共沉淀法制备不同形貌纳米Fe_30_4颗粒  25-39
  2.1 Fe_30_4 纳米颗粒的制备原理及方法  25-28
    2.1.1 Fe_30_4 纳米颗粒的制备原理  25
    2.1.2 Fe_30_4 纳米颗粒的制备方法  25-28
      2.1.2.1 主要仪器设备  25
      2.1.2.2 实验原料  25-26
      2.1.2.3 制备方法  26-28
  2.2 产物表征及分析  28-35
    2.2.1 仪器设备  28
    2.2.2 纳米Fe_30_4 粒子XRD 分析  28-29
    2.2.3 粒度分析  29-30
    2.2.4 形貌分析  30-35
      2.2.4.1 未加磁场不同FeCl_2 浓度对形貌的影响  31-32
      2.2.4.2 加磁场不同FeCl_2 浓度对形貌的影响  32-35
  2.3 弱磁场对颗粒形貌的调控机理  35-36
  2.4 纳米Fe_30_4 的磁性能  36-38
  2.5 本章小结  38-39
第三章 Fe_30_4纳米颗粒的表面修饰及在润滑油中的分散性研究  39-48
  3.1 纳米微粒的表面修饰  39-42
    3.1.1 表面活性剂  40-42
      3.1.1.1 表面活性剂的概念和结构特点  40
      3.1.1.2 表面活性剂的分类  40-42
  3.2 纳米Fe_30_4 颗粒在润滑油中稳定分散的制备  42-47
    3.2.1 硅烷偶联剂的改性  42-43
      3.2.1.1 硅烷偶联剂改性机理及用量计算  42-43
      3.2.1.2 硅烷偶联剂改性方法  43
    3.2.2 油酸改性方法和润滑油的制备  43-44
      3.2.2.1 油酸改性机理及包覆量的计算  43-44
      3.2.2.2 油酸改性方法  44
    3.2.3 分散稳定性分析  44-45
    3.2.4 油酸最佳改性浓度  45-46
    3.2.5 润滑油的制备  46-47
  3.3 本章小结  47-48
第四章 Fe_30_4纳米颗粒作为润滑添加剂的润滑性能  48-57
  4.1 实验部分  48-49
    4.1.1 试验药品  48
    4.1.2 实验装置  48-49
    4.1.3 实验步骤  49
  4.2 实验结果及讨论  49-54
    4.2.1 摩擦副钢磨损表面形貌分析  49-50
    4.2.2 摩擦副钢磨损表面拉曼光谱分析  50-52
    4.2.3 摩擦副钢磨损表面XPS 分析  52-54
  4.3 抗磨减摩机理分析  54-55
  4.4 本章小结  55-57
第五章结论与展望  57-59
  5.1 结论  57-58
  5.2 展望  58-59
参考文献  59-65
攻读硕士学位期间发表的论文  65-66
致谢  66-67
附件  67

制备可用于机械润滑添加剂的不同形貌纳米Fe_3O_4颗粒

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